Исследование электронных свойств переходных металлов методами ОЭС и РФЭС. Атомоподобные оже-спектры

Методика РФЭС основана на явлении фотоэффекта с использованием рентгеновского излучения и позволяет определить энергии электронных уровней на основании измеренных кинетических энергий (КЕ) фотоэлектронов
Схематические изображение энергетических уровней атома, возбуждаемых различными источниками рентгеновского излучения.
В результате поглощения рентгеновского кванта веществом происходит эмиссия фотоэлектрона. Образующаяся вакансия заполняется электроном, переходящим на нее с выше расположенной оболочки. При таком переходе может быть испущен либо квант рентгеновского излучения, либо оже-электрон. Энергетическое распределение оже-электронов является предметом исследования оже-спектроскопии.

Таким образом, на спектрометрах, используемых в РФЭС, можно одновременно изучать как рентгеновские фотоэлектронные спектры, так и спектры оже-электронов (ОЭС).
Схема процессов фото- и оже-электронной эмиссии.
В основе методики ОЭС лежат следующие процессы:
1) ионизация остовных электронных уровней первичным электронным пучком с энергией и интенсивностью (так называемым электронным ударом);
2) оже-рекомбинация (т.е. безызлучательный, jkl оже-переход);
3) эмиссия оже-электрона с кинетической энергией ;
4) регистрация энергетического спектра оже-электронов, покинувших образец.

Кинетическую энергию оже-электрона в соответствии с законом сохранения энергии можно представить как разность энергий связи уровней, участвующих в переходе:
Это выражение, однако, не учитывает эффекта релаксации, т.е. изменения энергии связи электронных уровней k и l в присутствии остовной дырки, а также взаимодействия дырок в конечном, дважды ионизованном состоянии. Учет взаимодействия двух дырок в конечном состоянии приводит к более корректному выражению для кинетической энергии оже-электрона:
Расчетные значения кинетической энергии оже-электронов KE, разницы энергии релаксации двухдырочного и однодырочных состояний , энергии взаимодействия двух дырок F, а также абсолютное и относительное значение величины , рассчитанные для L3VV оже-перехода в Ni, Cu и Zn

Для определения потенциала эффективного двухдырочного взаимодействия Ueff между дырками в валентной зоне, образующимися в результате L3VV оже-перехода, воспользуемся соотношением
Результаты модельных расчетов одноэлектронной плотности s-состояний (а) и плотности двухдырочных состояний в валентной зоне, при различных значениях параметра Ueff/W, равных 0 (б), 0.33 (в), 0.67 (г), 1.0 (д) и 1.33 (е) [Вудраф, Дэлчар].
Ueff – потенциал взаимодействия двух VV дырок,
W – ширина валентной зоны

Зависимости энергии взаимодействия двух дырок Ueff и ширины валентной зоны W от атомного номера элемента для 3d ряда

935
930
925
Энергия связи, эВ
bulk
sample
Cu 2p3/2
Ueff = BE(d) – KE(d) – 2×BE5d
930
925
920
915
Кинетическая энергия, эВ
bulk
Cu L3M45M45
Методика определения потенциала двудырочного
взаимодействия U в L3VV -переходах
5.0
0
Энергия связи, эВ
Cu VB
7.5
2.5
W
W=3.15 эВ, F=8.3 эВ.

Ueff = BE(d) – KE(d) – 2×BE5d
Методика определения потенциала двудырочного
взаимодействия U в L3VV -переходах
W=3.5 эВ, U=3 эВ.