扫描探针电子能谱仪的研制及相关实验研究.pdf

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1、中圈斜誊技求犬誊博士学位论扫描探针电子能谱仪的研制及相关实验研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：张盼科原子与分子物理陈向军教授徐春凯副教授二。一四年五月文UllIIIIUIIIIIlY2590019UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeTheDevelopmentofScanningProbeElectronEnergySpectrometeranditsapplicationstosurfacestudiesAuthor’

2、SName：PankeZhangspeciality：AtomicandMolecularPhysicsSupervisor：Prof．XiangjunChenA．Prof．ChunkaiXuFinishedtime：May8∞，2014摘要随着表面科学的蓬勃发展和表面分析技术的快速进步，人们不再满足于一种分析技术获得一种表面信息的状况，更加希望能够用一种多功能分析系统较为完备地表征固体表面。将扫描隧道显微镜(STM)年D电子能谱技术的结合组建的扫描探针电子能谱仪(ScanningProbeelectronenergyspectr

3、ometer：SPEES)是一种可行的方案。本文介绍了一台新的SPEES装置的设计、建造和调试，并利用SPEES装置开展的表面实验研究。第一章介绍了表面科学的形成和发展，系统地介绍了各种固体表面分析技术，尤其是将多种表面分析技术相结合的发展趋势，并详细介绍了国际上一些多功能分析系统。第二章介绍了SPEES装置各个组成部分，包括真空系统、传送系统、STM系统、能量分析器、位置灵敏探测器和供电系统等。并给出了谱仪性能的设计指标。在第三章中，我们严格推导了双环形能量分析器(DoubleToroidalAnalyser：DTA)内部的电场

4、分布和带电粒子在分析器内部的运动轨迹，并获得了描述DTA径向平面点对点聚焦的一般公式。通过该公式我们可以简便的设计DTA参数。第四章介绍了新搭建的SPEES装置的调试工作。通过调试和优化，谱仪的真空、能量分析器、探测器、电子学和数据采集处理系统和在线软件等都实现了正常工作，各项性能基本达到设计目标。同时，我们还利用扫描模式完成了石墨样品从零能量次级电子到弹性峰的全谱测量，并对次级电子能谱结构做了标识。第五章介绍了在实验室原有SPEES装置上利用针尖场发射电子束开展了HOPG表面Ag纳米结构样品的等离激元激发的电子能量损失谱的实验研

5、究。实验发现等离激元峰强度随着针尖样品间电场大小增大而显著增强，首次观察到了电子非线性非弹性电子散射现象。我们利用单个电子两步散射模型对实验线性做了定性的解释。第六章介绍了针尖场发射电子束激发的HOPG表面次级电子角分布的测量，观察到了角分布的周期性结构。利用石墨相邻层之间的衍射解释实验结果。关键词：表面分析扫描探针电子能谱双环形能量分析器等离激元非线性电子散射AbstractABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsurfacescienceandtheimproveofsurfaceanalysist

6、echniques，peoplearenolongersatisfiedwithalittleinformationofthesampleobtainedbyasingleanalyticaltechnique，butmorehopetogetcompletecharacterizationofthesolidsurfaceusingaversatileanalyticalsystem．Thecombinationofscanningtunnelingmicroscope(STM)andelectronenergyspectros

7、copymeasurementtechnology,namedscanningprobeelectronenergyspectrometer(SPEES)isaviableoption．ThisthesisintroducesthedesignprinciplesofSPEES，constructionoftheinstrument，andthedebuggingprocess．Furthermore，twoexperimentalstudieswithSPEESareintroducedrespectively．Inchapte

8、r1，wedescribetheformationanddevelopmentofsurfacescience，andintroducethewiderangeofapplicationsofthespecialperformanceoftheso