3.2. Лабораторная работа 2

Плазмонные возбуждения в металлах

ЗАДАНИЕ:

1.Для выданного спектра остовного уровня неизвестного металла определить с помощью прилагаемых таблиц или баз данных в интернете идентифицировать данный уровень и металл.

2.Для данного металла указать электронную конфигурацию внешних электронных оболочек и число валентных (делокализо-

ванных) электронов, участвующих в коллективных возбуждениях (например, Li 1s22s1, Z=1, один валентный 2s-электрон).

3.С использованием прилагаемой таблицы значений электронной плотности для данного металла рассчитать энергию плазмонных возбуждений в объеме металла ħωpl и в его поверхностном

слое ħωpl.

4. В спектре идентифицировать плазмонные сателлиты и сравнить экспериментальные значения энергии плазмонных возбуждений с расчетными.

5. Отфиттировать спектр (основной пик и плазмонные сателлиты) гауссовыми линиями.

ФОРМА ОТЧЕТНОСТИ:

На спектре указать обозначения спектральных линий (отдельные линии распечатывать не надо; пример выполнения работы показывает последовательность действий, а не оформление выполненной работы) и их плазмонных сателлитов (объемных и поверхностных). Указать расчетное и экспериментальное значения энергии плазмонных возбуждений для данного металла.

НЕОБХОДИМЫЕ ДАННЫЕ:

•установленная программа Spectr.exe с необходимыми системными файлами;

•файл частичного спектра остовного уровня металла Plasmon_XX.xtm;

38

•таблица значений энергий связи для различных уровней элементов и соединений (по элементам в порядке возрастания номера Z и в порядке возрастания ЭС).

•таблица значений электронной плотности простых металлов

(табл. 3.3).

Для удобства работы рекомендуется использовать ресурсы: http://srdata.nist.gov/xps/ http://www.lasurface.com/xps/index.php

ПРИМЕЧАНИЯ:

1.В файле Plasmon_02 содержатся два спектра: металла и его оксида. Для них необходимо сравнить энергии связи, определить химический сдвиг, сравнить пики плазмонных возбуждений.

2.В файле Plasmon_03 содержится только спектр оже-электронов, возбуждаемых рентгеном. Для определения положения пиков использовать нужно шкалу КЕ. Шкала ВЕ в этом файле неверная!

ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА:

1. Плазмонная частота для электронных возбуждений в объеме твердого тела

ωpl = 4πne2

m

(в системе единиц СГС) или

(в системе единиц СИ). Здесь n – плотность электронов, е – заряд электрона, m – масса электрона, ε0 – диэлектрическая постоянная.

2.Плазмонная частота для электронных возбуждений в поверхностном двумерном слое твердого тела

ωs = ω1ε+pl ,

где ε – диэлекетрическая проницаемость среды над поверхностью твердого тела (в простейшем случае вакуума ε=1 и ωs = ω2pl )

39

3.3. Лабораторная работа 3

Оже-серии в РФЭ-спектрах ряда d-металлов

ЗАДАНИЕ:

1.Для выданного спектра известного элемента с использованием справочных данных выписать его электронную структуру (набор атомных электронных уровней).

2.Идентифицировать его спектральные уровни (фотоэлектронные и оже-электронные пики) и определить их энергию связи (кинетическую энергию).

2.Рассчитать в простейшей модели значения кинетической энергии всех возможных оже-электронов, рождающихся в результате фотоионизации указанного остовного ХХХ уровня данного элемента (для переходов с участием валентных электронов использовать рентгеновское обозначение V, а в расчете кинетической энергии – энергию связи, отвечающую максимуму пика валентной зоны). Уровень ХХХ отображается в нижнем окне панели Files и

Open программы Spectr при открытии в ней файла спектра

XX.xml.

3. Сравнить расчетные и экспериментальные значения КЕ наблюдаемых в спектре линий оже-переходов.

ФОРМА ОТЧЕТНОСТИ:

На выданном спектре указать обозначения линий ожеэлектронов (отдельные линии распечатывать не надо; пример выполнения работы показывает последовательность действий, а не оформление выполненной работы). Указать расчетные и наблюдаемые экспериментальные значения кинетической энергии ожеэлектронов.

НЕОБХОДИМЫЕ ДАННЫЕ:

•установленная программа Spectr.exe с необходимыми системными файлами;

•файл обзорного и частичных спектра указанного элемента

XX.xtm;

41

•таблица значений энергий связи и кинетических энергий ожеэлектронов для различных уровней элементов и соединений.

•таблица значений электронной плотности простых металлов.

Binding energy

Рис. 3.13. Обзорный спектр для лабораторной работы 3

42

Binding energy

Binding energy

Рис. 3.16. Линии оже-серии OKVV

44