Спектроскопия характеристических потерь энергии отражённых электронов — СХПЭОЭ ((R)EELS, Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy) — основана на регистрации энергетического спектра электронов, упруго и неупруго рассеянных поверхностью образца при облучении пучком с энергией E0 = 0,5–10 кэВ (для поверхностно-чувствительных измерений) или до 30–200 кэВ (в конфигурациях, близких к просвечивающей геометрии).
 |
В процессе взаимодействия первичных электронов с веществом возможны следующие каналы неупругого рассеяния:
- Возбуждение фононов: потери энергии ΔE ≈ 1–100 мэВ, требуют высокого энергетического разрешения спектрометра (ΔEinstr < 10 мэВ), реализуются в режиме HREELS (High-Resolution EELS);
- Возбуждение поверхностных и объёмных плазмонов: ΔE ≈ 1–30 эВ, интенсивность пропорциональна функции потерь энергии Im[−1/ε(ω)], где ε(ω) — комплексная диэлектрическая проницаемость;
- Возбуждение остовных уровней (core-level excitations): ΔE > 50 эВ, позволяет проводить элементный анализ и оценку локальной электронной структуры (аналогично XPS, но с чувствительностью к не занятым состояниям);
- Межзонные переходы: отражают совместную плотность состояний (JDOS) вблизи уровня Ферми.
Регистрация спектра осуществляется полусферическим или время-пролётным энергоанализатором с разрешением ΔEinstr, определяющим минимально детектируемую ширину спектральных особенностей. Глубина анализа ограничена длиной неупругого свободного пробега электронов λinel(Ekin) и составляет ~0,5–3 нм для энергий 50–1000 эВ, что обеспечивает поверхностную чувствительность метода.
Интерпретация спектров (R)EELS опирается на диэлектрическую теорию неупругого рассеяния. Интенсивность потерь I(ΔE, q) связана с мнимой частью обратной диэлектрической функции:
I(ΔE, q) ∝ Im[−1/ε(ω, q)] · S(ω, q)
где q — переданный импульс, S — динамический структурный фактор. Для изотропных материалов в оптическом пределе (q → 0) спектр потерь напрямую воспроизводит Im[−1/ε(ω)], позволяя извлекать оптические константы n(ω), k(ω) без использования фотонных методов.
Примечание: Регистрация фононных потерь требует специализированных монохроматоров и анализаторов с ΔEinstr < 5 мэВ (режим HREELS). В стандартных конфигурациях REELS с ΔEinstr ≈ 0,3–1 эВ доминируют плазмонные и остовные потери, что определяет область применения метода исследованием электронной структуры, а не колебательных спектров.
Технические спецификации систем для (R)EELS, включая источники электронов, энергоанализаторы и конфигурации для поверхностных измерений, представлены в каталоге оборудования для электронной спектроскопии.
*«(R)EELS» (Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy) — спектроскопия характеристических потерь энергии отражённых электронов. В литературе также встречаются обозначения: HREELS (высокое разрешение, фононы), REELS (плазмоны, остовные уровни), EELS (в просвечивающей геометрии, TEM-EELS).
.png)