【2019年整理】电子能量损失谱仪EELS在材料科学中的应用PPT推荐.ppt

1、016383 16 比特：065535冷却 1 小时以上避免使用强电子束照射:零损失峰，透射斑CCD 结构示意图 EELS 包含的信息 等离子激发 The main exci-tation allowed for core elec-trons obeys the dipole selection rule:K-edge absorptionL1-edge absorptionL2,3-edge absorption1s2s3s2p3p3dM1-edge absorptionM2,3-edge absorptionS-likeP-likeD-likeEf1l1,0 lm内壳层电子的激发和跃迁

2、内层电子激发和能带结构 内壳层电子的激发符号规定 内壳层电子的激发和周期表 电子能量损失谱和 X 射线能谱EELS 的点：敏度高，分辨率高优灵 会聚角和接收角的测量 02EEEEEkq0EELS 的特征角 EELS 的特征角E接收角=（2-4）E 不能 E 样品厚度对 EELS 的影响样品厚度对 EELS 的影响:多次散射 样品厚度的影响:非弹性散射平均自由程 样品厚度的影响:等离子损失谱 样品厚度的影响:电离损失峰 样品厚度的影响:最佳厚度 退卷积 退卷积:Fourier ratio 方法消除谱仪的影响 退卷积:Fourier log 方法 退卷积：Fourier ratio 方法 EELS

3、 的背底扣除：指数定律rBAEI EELS 的背底扣除:窗口位置的影响 EELS 的背底扣除:指数定律失效 1Im）（1）,（222002EainnvmadEdEd等离子散射可以看作是多体散射问题，根据电磁场理论介质的损失函数可以推导出了二阶微分散射截面的表达形式：1Im被称为损失函数，为介质的介电常数在介电理论中，）（）（）（iri低能损失谱的应用:损失函数 ）,（1E根据 Kramers-Kronig 关系22）,（1Im（）,（1Re（）,（1Im（）,（1Re（）,（）,（）,（EEEiEEiEEir求出相应的实部）,（1Re（E从电子能量损失谱可以得到的虚部，得到材料的复介电常数Kr

4、amers-Kronig 分析220）（1Im21）（1ReEEdEEEE 低能量损失的应用：介电常数 电离损失峰分析：峰位的确定拐点拐点 二阶微分：确定电离损失峰峰位拐点拐点拐点拐点 二阶微分：微量元素分析 成分定量分析1 退卷积2 扣背底3 散射截面算计 近边精细结构 近边精细结构:碳和碳化物 近边精细结构:过渡族金属氧化物 100200300400500600-200002000400060008000100001200014000NW BB2O3Pure BC o u n ts （a.u.）energy loss（eV）近边精细结构:硼化物 近边精细结构：化学位移（离子键）近边精细结构

5、：化学位移（共价键）近边精细结构（5）近边精细结构:分子轨道 近边精细结构:八面体结构 近边精细结构：八面体结构和四面体结构 近边精细结构:过渡族金属 L23 近边精细结构:氧化铜的 L23 600650700750800Mn-L2Mn-L3Photodiode Counts（a.u.）Energy loss（eV）1234234MnCO3MnOMn3O4Mn2O3MnO2Intensity ratio L3/L2Valence state of MnDipole rule:L3:2p3/2 to 3d3/2,3d5/2;L2:2p1/2 to 3d3/2近边精细结构:确定锰元素的价态 近边精

6、细结构:过渡族金属的 L3/L2 EXELFS 模型 EXELFS 分析 取向效应:散射几何 取向效应:石墨的 ELNES 取向效应:石墨的 EXELFS Substitutional/interstitutional impurity identificationSubstitutional/interstitutional impurity identificationAtom row selectivityAtom row selectivity取向效应：ALCHEMI（改变 s s）S0 Fig.11 projection of the wurtzite GaN structure m

7、odel.The direction of the cation（Ga）to the anion（N）is defined as 0001 in the real space.0001GaN取向效应:ALCHEMI（改变 g g）氮化镓的极性 Fig.13 The calculated thickness-averaged electron current density across a unit cell at（0002）（a）,and（000-2）（b）Bragg conditions for the impact parameter b=0.0nm（without delocaliza

8、tion）,0.073nm,and 0.087nm.The sample thickness is 0.40002.0.00.40.81.21.62.00.00.40.81.21.62.0（a）g=0002 b=0.0 b=0.073 b=0.087T A E C D（b）NNGaGaGag=000-2GaNGaNGa b=0.0 b=0.073 b=0.087T A E C DAtomic Location取向效应:氮化镓的极性 Fig.12 Comparison of the EEL spectra acquired at（0002）and（000-2）Bragg conditions.T

9、he inset is the magnified N K-edge.40060080010001200140001000002000003000004000005000006000003504004505005500100000200000300000400000500000Ga-LN-K Counts（a.u.）Energy Loss（eV）（0002）（000-2）Energy Loss（eV）（0002）（000-2）取向效应:氮化镓的极性 Fig.16 The difference of the calculated averaged-thickness electron curre

10、nt density vs.the sample thickness.The thickness is expressed in units of the two-beam extinction distance 0002.The difference of the calculated averaged-thickness electron current density does not change sign when the thickness changes.0.00.51.01.52.00.00.20.40.60.81.01.21.41.61.8 b=0.0 b=0.073 b=0

11、.087TAECD DifferenceThickness取向效应:氮化镓的极性 GaAsEELSSpectrometerAnnular Detector1.4AsGaObjective LensForms a 1.3Probe I Z2 Z=31 Z=3319881998 Invented by Crewe in 1960s Incoherent imaging with electrons Atomic resolution spectroscopy Now standard on all commercial TEMsZ-Contrast Scanning Transmission Electron Microscopy Spatially resolved EELS（1）电子的非弹性散射 能量损失谱中的主要信息能量损失谱中的主要信息低能损失区 050eV1 样品厚度2 复介电系数3 价带和导带电子态密度,禁带宽度高能损失区 502000eV1 元素成分（LiU）2 化学价态和态密度，近邻结构3 径向分布函数（配位数和配位距离）电子能量过滤成像1 完全弹性散射电子像2 元素成分分布图3 其他特征能量电子过滤成像总结 ！谢谢