EELS

化学分析および組成分析用電子エネルギー損失分光法(EELS)。

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概要: 

TEM試料ビームの相互作用。電子エネルギー損失分光法(EELS)は、試料との相互作用後の電子の運動エネルギーにおける変化を測定する手法です。この手法は、試料に存在する原子の種類および量、原子の化学的状態、原子と隣接格子の集団相互作用など、試料の原子構造や化学的性質を特定するために使用します。このような手法には、分光法、エネルギーフィルタ透過型電子顕微鏡法(EFTEM)、DualEELSなどがあります。

TEMにおける電子エネルギー損失の原子スケールの図試料を透過する際、電子は固体の原子と相互に作用します。大部分の電子がエネルギーを損失することなく薄い試料を貫通しますが、試料との相互作用により一部の電子が非弾性散乱を受けてエネルギーを損失します。一方試料は励起状態を保ちます。一般的に試料の物質は可視光の光子、X線、またはオージェ電子としてエネルギーを放出して下方遷移します。

入射電子が試料と相互に作用すると、入射電子のエネルギーと運動量がどちらも変化します。この時に散乱する入射電子は、電子エネルギー損失信号としてスペクトロメータで検出することができます。試料中の電子(または集団励起)はこの発生したエネルギーと運動量を奪いとります。

強固に結合したコア電子が入射電子によってさらに高いエネルギー状態になる際にコアロス励起が発生します。物質内で非占有状態のエネルギーに励起されるのはコア電子のみです。このような非占有状態は、物質内でフェルミ準位以上(いわゆる、分子軌道図の非結合軌道)の束縛状態になることができます。この状態は真空準位以上の自由電子状態になることもあります。これはフェルミエネルギーで散乱から突発的に発生する現象であり、原子の種類とその電子状態に対するEELS信号の感度を高める非占有状態を調べる糸口となっています。EELSと試料の特徴の相関関係

フェルミ準位をスペクトルのゼロロスピーク(ZLP)に合わせると、コアロス励起の初期のスペクトル形状を可視化することができます。ここでのエッジは、電子がコア準位の原子内電子をフェルミ準位に励起するために十分なエネルギーを損失するポイントとして示されています。この類推はフェルミ準位以上の散乱を再現できませんが、コア準位端で突発的に強度が増す現象として可視化には役立ちます。EELSスペクトルの見え方

通常のエネルギー損失スペクトルにはいくつかの領域があります。極薄の試料では最も強度が集中する最初のピークが0 eV損失で発生するため(入射ビームエネルギーと同等)、ゼロロスピークと呼ばれています。これは非弾性散乱を受けなかった電子を示すものですが、電子が弾性散乱したか、エネルギー損失が小さく計測できなかった可能性もあります。ほとんどの場合、ゼロ損失ピークの幅は電子源のエネルギー分布を表します。通常は0.2~2.0 eVですが、モノクロメータを備えた電子源では10 meV以下に狭まる場合もあります。

EELSの分析手法についての更なる情報は、EELS.info を参照ください。

研究の着目点

TEM team & collaborators from left to right: Dayne Swearer, Rowan Leary, Emilie Ringe, and Sadegh Yazdi.

The Ringe Group was established in 2014 in the department of Materials Science and NanoEngineering (MSNE) at Rice University, Houston...

リソース:

 

アプリケーション

EELS.info

Achieving ~1 Å resolution in Tb3Sc2Al3O12 STEM EELS mapping with GIF Continuum K3

GIF Continuum K3で取得したTb3Sc2Al3O12STEM EELSマッピングにおける分解能~1 Åの実現

EDSとEELSの同時取得による複数元素の完全な組成分析

マルチパスin-situ スペクトラムイメージング法を用いた分割露光測定

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GIF Continuumを用いたナノエレクトロニクス材料に対する高速組成分析と高速化学
分析

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Observing the effects of oxygen activity on NCA battery electrodes via in-situ EELS

DualEELS™モードで高エネルギー端を使用した原子レベルEELSマッピング

III-V MOSFET素子製造の金属合金抵抗接点のDualEELSモードでの高速EELS組成分析

EELS:生物由来物質の調査用ツール

GIF Quantum®システムを使用した、重金属AuおよびPdを含む触媒粒子からのEELSスペクトルの低損失領域とコア損失領域の高速同時取得

Gatan Microscopy Suite®ソフトウェアの同時EELSおよびEDSを使用した高速STEMスペクトルイメージング

最近のスペクトルイメージングの進歩と、その逆格子空間の拡張に関するレビュー

EELSスペクトル内の重なり合う端を原子レベルで解像するためのMLLSフィッティングアプローチの使用

 

ポスター

Pd-Auベース触媒の高速STEM EELSスペクトルイメージング分析
EELSを使用した生物由来物質の定量的調査
DualEELSモードでの高Z合金の高速組成分析
DualEELSモードで高エネルギー端を使用した高速原子レベルEELSマッピング分析
III-V MOSFET高k誘電体ゲートスタックの界面における原子分解EELS分析

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