【摘要】：固體表面與固體內(nèi)部的物理性質(zhì)有著顯著的區(qū)別。近年來,隨著相關技術(shù)不斷地突破,發(fā)展出許多研究表面物理的手段如原子力顯微鏡(Atomic Force Micro-scope,AFM),近場光學顯微鏡(Near-field Scanning Optical Microscope,SNOM)等。其中掃描探針電子能譜儀(Scanning Probe Electron Energy Spectrometer,SPEES)是一種結(jié)合了掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope,STM)和電子能譜的新興技術(shù)。利用這項技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對固體表面的形貌分析,并且能夠?qū)腆w樣品表面的特定區(qū)域進行原位的電子能譜測量。本文主要介紹了對實驗室自行研制的一臺新一代SPEES裝置的改進,以及相關的非線性電子散射研究和掃描探針電子能譜學研究。論文分為五章。第一章簡要介紹了固體表面研究的發(fā)展,并對掃描探針電子能譜學進行了系統(tǒng)綜述,舉例介紹了相關實驗小組搭建的譜儀和實驗結(jié)果。同時,還概述了我們實驗室發(fā)現(xiàn)的非線性電子散射現(xiàn)象。第二章主要介紹了新一代SPEES譜儀的物理結(jié)構(gòu)以及本人參與的對譜儀的改進工作。新一代SPEES譜儀主要包括:STM系統(tǒng),雙環(huán)形電子能量分析系統(tǒng),供電系統(tǒng)和控制與采集系統(tǒng)。對譜儀的改進則集中于以下三個方面:一、新型屏蔽針尖的制作與測試;二、樣品制備工藝的發(fā)展;三、針尖-樣品間距精確控制的程序?qū)崿F(xiàn)。這三方面的改進主要用于提高譜儀的能譜成像空間分辨。在進行能譜測量時,需要場發(fā)射針尖和樣品的距離足夠近才能達到預期的空間分辨,這就對針尖的屏蔽效果和針尖樣品之間距離的精確控制提出了更高的要求。在本章中,詳細介紹了微電級屏蔽針尖的制作流程和對其屏蔽性能的測試結(jié)果,以及利用Labview編寫的針尖-樣品距離精確控制程序。此外,還介紹了針對空間分辨的特殊光柵樣品的具體工藝和相應的能譜測量結(jié)果。第三章介紹了對石墨表面Au、Ag納米結(jié)構(gòu)樣品的非線性電子散射(NES)研究。在對Au樣品的實驗中,我們再次驗證了 NES過程,證明了該現(xiàn)象在金屬納米結(jié)構(gòu)表面等離激元(SP)激發(fā)過程中的普遍性。通過與之前NES實驗的對比,發(fā)現(xiàn)NES過程是研究納米結(jié)構(gòu)SP激發(fā)態(tài)性質(zhì)的一種可行途徑。在對Ag樣品的實驗中,我們制備了非各向同性的長條狀Ag納米結(jié)構(gòu),以此開展了角分布NES研究。結(jié)果表明對于非各向同性的Ag納米結(jié)構(gòu),電子散射激發(fā)其SP振蕩的概率存在明顯的角分布,在與SP振蕩模式相匹配的方向上觀察到一個極大值。由于NES過程的作用,激發(fā)概率大大增加,使得在極大值方向上出現(xiàn)非彈性散射電子的定向發(fā)射,并且其強度已經(jīng)超過了彈性散射電子。該結(jié)果有可能發(fā)展出一種全新的高度局域化的定向電子源,對表面電子能譜學及表面物理產(chǎn)生深遠影響。第四章介紹了本人利用新一代SPEES譜儀開展的掃描探針電子能譜學的相關研究,包括:一、Ag納米結(jié)構(gòu)樣品形貌對電子能量損失譜(EELS)中SP激發(fā)強度的影響。為了系統(tǒng)研究樣品形貌與NES過程之間的關系,我們利用一臺真空鍍膜設備,分別控制鍍膜厚度和樣品退火溫度這兩個變量制作樣品。然后利用SPEES對樣品的形貌和表面等離激元的激發(fā)強度做了一系列研究。最終根據(jù)樣品的表面粗糙度,我們初步確定了一個最佳的樣品制作條件。二、卟啉分子的SP激發(fā)光電子譜實驗準備。SP激發(fā)光電子譜是我們希望利用SPEES發(fā)展的一種新型譜學技術(shù),利用Ag納米結(jié)構(gòu)的局域SP電場電離吸附分子,獲得類似光電子譜的信息。實驗初步選擇卟啉分子作為吸附分子,本人利用GAUSSIAN程序計算了卟啉分子的電子結(jié)構(gòu),設計并加工了有機蒸鍍裝置,為實驗開展做好了前期準備。三、Ag納米結(jié)構(gòu)的低能二次電子譜測量。介紹了利用SPEES測量Ag表面低能二次電子的實驗結(jié)果,該結(jié)果可作為上述SP光電子譜的本底。第五章的內(nèi)容是本人利用實驗室電子動量譜(Electron Momentum spectroscopy,EMS)裝置研究了吡咯分子的外價電子結(jié)構(gòu),確定了吡咯分子1b1-1伴線的位置和極強度。最后是對自己工作的總結(jié)和對后續(xù)研究的展望。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O562.5
【圖文】：

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本文編號：2792405