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Spectroscopie photoélectronique à rayons X

Vue d'ensemble

Source : Faisal Alamgir, School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA

La spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) est une technique qui mesure la composition élémentaire, la formule empirique, l'état chimique et l'état électronique des éléments qui existent dans un matériau. Les spectres XPS sont obtenus en irradiant un matériau avec un faisceau de rayons X tout en mesurant simultanément l'énergie cinétique et le nombre d'électrons qui s'échappent du haut de plusieurs nanomètres du matériau analysé (dans les 10 premiers nm, pour la cinétique typique énergies des électrons). En raison du fait que les électrons de signal s'échappent principalement des premiers nanomètres du matériau, XPS est considéré comme une technique d'analyse de surface.

La découverte et l'application des principes physiques derrière XPS ou, comme on l'appelait plus tôt, la spectroscopie électronique pour l'analyse chimique (ESCA), ont conduit à deux prix Nobel de physique. Le premier a été attribué en 1921 à Albert Einstein pour son explication de l'effet photoélectrique en 1905. L'effet photoélectrique sous-tend le processus par lequel le signal est généré dans XPS. Beaucoup plus tard, Kai Siegbahn a développé ESCA basé sur certaines des premières œuvres d'Innes, Moseley, Rawlinson et Robinson, et a enregistré, en 1954, le premier spectre XPS à haute résolution énergétique de NaCl. Une nouvelle démonstration de la puissance de l'ESCA/XPS pour l'analyse chimique, ainsi que le développement de l'instrumentation associée à la technique, ont conduit au premier instrument commercial monochrome XPS en 1969 et le prix Nobel de physique en 1981 à Siegbahn en reconnaissance de ses efforts considérables pour développer la technique comme un outil d'analyse.

Procédure

La procédure suivante s'applique à un instrument XPS spécifique et à son logiciel associé, et il peut y avoir quelques variations lorsque d'autres instruments sont utilisés.

  1. L'échantillon est un mince film de Pt (3 couches atomiques d'épaisseur) cultivé sur une seule couche de graphène, qui est soutenu sur une silice commerciale (SiO2) diapositive en verre. Le graphène (qui est une seule couche de carbone) a été cultivé sur Cu, puis transféré sur le substrat de verre. Les couches atomiques De Pt on

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Résultats

La figure 1 montre un spectre d'arpentage de l'échantillon, montrant clairement les émissions de Pt, Si, C et O. Dans la figure 2, nous voyons l'analyse à haute résolution des pics Pt 4f7/2 et 4f5/2 de l'échantillon. Les énergies de liaison de chacun des pics de niveau de base peuvent être comparées à celles que l'on trouve dans les bases de données telles que celle maintenue par le National Instit...

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Applications et Résumé

XPS est une technique d'analyse chimique de surface qui est polyvalente dans la gamme d'échantillons qu'il peut être utilisé pour étudier. La technique fournit la quantification de la composition chimique, de l'état chimique et de la structure électronique occupée des atomes dans un matériau.

XPS fournit élémentairement la composition de la surface (dans un délai de 1 à 10 nm habituellement), et peut être utilisé pour déterminer la formule empirique des composés de surface, l'i...

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Tags
X ray Photoelectron SpectroscopyXPSSurface ChemistryNon destructive TechniqueMaterial AnalysisX ray EnergyCore Shell ElectronBinding EnergiesChemical CompositionState Of The MaterialXPS SpectrumPhoton AbsorptionWork FunctionPhotoelectronsX ray SourcesAluminum K Alpha

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0:08

Overview

1:01

Principles of X-Ray Photoelectron Spectroscopy

3:01

Loading a Sample for Study

5:06

Collecting an XPS Spectrum

7:14

Results

7:48

Applications

8:52

Summary

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