【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(lái),隨著相關(guān)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(chǎng)光學(xué)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(xiàng)技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)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(jìn)行原位的電子能譜測(cè)量。本文主要介紹了對(duì)實(shí)驗(yàn)室自行研制的一臺(tái)新一代SPEES裝置的改進(jìn),以及相關(guān)的非線(xiàn)性電子散射研究和掃描探針電子能譜學(xué)研究。論文分為五章。第一章簡(jiǎn)要介紹了固體表面研究的發(fā)展,并對(duì)掃描探針電子能譜學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)綜述,舉例介紹了相關(guān)實(shí)驗(yàn)小組搭建的譜儀和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí),還概述了我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的非線(xiàn)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(duì)譜儀的改進(jìn)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(duì)譜儀的改進(jìn)則集中于以下三個(gè)方面:一、新型屏蔽針尖的制作與測(cè)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(jìn)主要用于提高譜儀的能譜成像空間分辨。在進(jìn)行能譜測(cè)量時(shí),需要場(chǎng)發(fā)射針尖和樣品的距離足夠近才能達(dá)到預(yù)期的空間分辨,這就對(duì)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(xì)介紹了微電級(jí)屏蔽針尖的制作流程和對(duì)其屏蔽性能的測(cè)試結(jié)果,以及利用Labview編寫(xiě)的針尖-樣品距離精確控制程序。此外,還介紹了針對(duì)空間分辨的特殊光柵樣品的具體工藝和相應(yīng)的能譜測(cè)量結(jié)果。第三章介紹了對(duì)石墨表面Au、Ag納米結(jié)構(gòu)樣品的非線(xiàn)性電子散射(NES)研究。在對(duì)Au樣品的實(shí)驗(yàn)中,我們?cè)俅悟?yàn)證了 NES過(guò)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(guò)程中的普遍性。通過(guò)與之前NES實(shí)驗(yàn)的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)NES過(guò)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(duì)Ag樣品的實(shí)驗(yàn)中,我們制備了非各向同性的長(zhǎng)條狀A(yù)g納米結(jié)構(gòu),以此開(kāi)展了角分布NES研究。結(jié)果表明對(duì)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(gè)極大值。由于NES過(guò)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(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)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(duì)表面電子能譜學(xué)及表面物理產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。第四章介紹了本人利用新一代SPEES譜儀開(kāi)展的掃描探針電子能譜學(xué)的相關(guān)研究,包括:一、Ag納米結(jié)構(gòu)樣品形貌對(duì)電子能量損失譜(EELS)中SP激發(fā)強(qiáng)度的影響。為了系統(tǒng)研究樣品形貌與NES過(guò)程之間的關(guān)系,我們利用一臺(tái)真空鍍膜設(shè)備,分別控制鍍膜厚度和樣品退火溫度這兩個(gè)變量制作樣品。然后利用SPEES對(duì)樣品的形貌和表面等離激元的激發(fā)強(qiáng)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(gè)最佳的樣品制作條件。二、卟啉分子的SP激發(fā)光電子譜實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)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(xué)技術(shù),利用Ag納米結(jié)構(gòu)的局域SP電場(chǎng)電離吸附分子,獲得類(lèi)似光電子譜的信息。實(shí)驗(yàn)初步選擇卟啉分子作為吸附分子,本人利用GAUSSIAN程序計(jì)算了卟啉分子的電子結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)并加工了有機(jī)蒸鍍裝置,為實(shí)驗(yàn)開(kāi)展做好了前期準(zhǔn)備。三、Ag納米結(jié)構(gòu)的低能二次電子譜測(cè)量。介紹了利用SPEES測(cè)量Ag表面低能二次電子的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室電子動(dòng)量譜(Electron Momentum spectroscopy,EMS)裝置研究了吡咯分子的外價(jià)電子結(jié)構(gòu),確定了吡咯分子1b1-1伴線(xiàn)的位置和極強(qiáng)度。最后是對(duì)自己工作的總結(jié)和對(duì)后續(xù)研究的展望。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O562.5
【圖文】：

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本文編號(hào)：2792405