प्रकाश उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी

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कोण-समाधान फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी का सिद्धांत।

फोटोएमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीइएस), जिसे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में भी जाना जाता है,[1] पदार्थ में इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा निर्धारित करने के लिए प्रकाश विद्युत प्रभाव द्वारा ठोस, गैसों या तरल पदार्थों से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा माप को संदर्भित करता है। शब्द विभिन्न विधियों को संदर्भित करता है, इस पर निर्भर करता है कि एक्स-रे, चरम पराबैंगनी या पराबैंगनी फोटोन द्वारा आयनीकरण ऊर्जा प्रदान की जाती है या नहीं। घटना फोटॉन बीम के अतिरिक्त, चूंकि, सभी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों को मापकर सतह विश्लेषण के सामान्य विषय के चारों ओर घूमते हैं।[2]

फोटोएमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीइएस), जिसे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में भी जाना जाता है,[1] पदार्थ में इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा निर्धारित करने के लिए प्रकाश विद्युत प्रभाव द्वारा ठोस, गैसों या तरल पदार्थों से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा माप को संदर्भित करता है। शब्द विभिन्न विधियों को

प्रकार

एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) काई सिगबान द्वारा 1957 में शुरू किया गया था।[3][4] और मुख्य रूप से ठोस पदार्थों में परमाणु कोर इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है। Siegbahn ने रासायनिक विश्लेषण (ESCA) के लिए इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में तकनीक को संदर्भित किया, क्योंकि परमाणु के रासायनिक वातावरण के आधार पर कोर स्तरों में छोटे रासायनिक बदलाव # अन्य रासायनिक बदलाव होते हैं, जो रासायनिक संरचना को निर्धारित करने की अनुमति देता है। इस काम के लिए सीगबैन को 1981 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। XPS को कभी-कभी PESIS (आंतरिक शेल के लिए फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी) के रूप में संदर्भित किया जाता है, जबकि यूवी प्रकाश के निम्न-ऊर्जा विकिरण को PESOS (बाहरी शेल) के रूप में संदर्भित किया जाता है क्योंकि यह कोर इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित नहीं कर सकता है।[5] पराबैंगनी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूपीएस) का उपयोग वैलेंस ऊर्जा स्तर और रासायनिक बंधन, विशेष रूप से आणविक कक्षाओं के बंधन चरित्र का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। यह विधि मूल रूप से 1961 में Feodor Ivanovich Vilesov|Feodor I. Vilesov द्वारा गैस-चरण अणुओं के लिए विकसित की गई थी[6] और 1962 में डेविड डब्ल्यू. टर्नर द्वारा,[7] और अन्य शुरुआती कार्यकर्ताओं में डेविड सी. फ्रॉस्ट, जे.एच.डी. इलैंड और के. किमुरा शामिल थे। बाद में, रिचर्ड स्माले ने तकनीक को संशोधित किया और गैसीय आणविक समूहों में इलेक्ट्रॉनों की बाध्यकारी ऊर्जा को मापने के लिए नमूने को उत्तेजित करने के लिए एक यूवी लेजर का इस्तेमाल किया।

ऊर्जा और संवेग संकल्प में हालिया प्रगति और सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोतों की व्यापक उपलब्धता के बाद कोण-समाधान फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एआरपीईएस) संघनित पदार्थ भौतिकी में सबसे प्रचलित इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी बन गया है। तकनीक का उपयोग क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों की बैंड संरचना को मैप करने के लिए किया जाता है, अत्यधिक सहसंबद्ध सामग्रियों में क्वासिपार्टिकल डायनेमिक्स का अध्ययन करने के लिए और इलेक्ट्रॉन स्पिन ध्रुवीकरण को मापने के लिए किया जाता है।

दो-फोटॉन फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (2PPE) पंप-एंड-प्रोब स्कीम की शुरुआत के माध्यम से वैकल्पिक रूप से उत्साहित इलेक्ट्रॉनिक राज्यों तक तकनीक का विस्तार करता है।

एक्सट्रीम-पराबैंगनी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईयूपीएस) एक्सपीएस और यूपीएस के बीच स्थित है। यह आमतौर पर वैलेंस बैंड संरचना का आकलन करने के लिए उपयोग किया जाता है।[8] एक्सपीएस की तुलना में, यह बेहतर ऊर्जा संकल्प देता है, और यूपीएस की तुलना में, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन तेज होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कम जगह चार्ज होती है और अंतिम राज्य प्रभाव कम हो जाता है।[9][10][11]

भौतिक सिद्धांत

PES तकनीक के पीछे की भौतिकी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का एक अनुप्रयोग है। नमूना यूवी या एक्सयूवी प्रकाश उत्प्रेरण फोटोइलेक्ट्रिक आयनीकरण के एक बीम के संपर्क में है। उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा उनके मूल इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं की विशेषता है, और कंपन अवस्था और घूर्णी स्तर पर भी निर्भर करती है। ठोस पदार्थों के लिए, फोटोइलेक्ट्रॉन केवल नैनोमीटर के क्रम में गहराई से निकल सकते हैं, इसलिए यह सतह परत है जिसका विश्लेषण किया जाता है।

प्रकाश की उच्च आवृत्ति, और उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों के पर्याप्त आवेश और ऊर्जा के कारण, इलेक्ट्रॉनिक राज्यों और आणविक और परमाणु कक्षाओं की ऊर्जा और आकार को मापने के लिए प्रकाश उत्सर्जन सबसे संवेदनशील और सटीक विधियों में से एक है। प्रकाश उत्सर्जन भी ट्रेस सांद्रता में पदार्थों का पता लगाने के सबसे संवेदनशील तरीकों में से एक है, बशर्ते नमूना अल्ट्रा-हाई वैक्यूम के साथ संगत हो और विश्लेषण को पृष्ठभूमि से अलग किया जा सके।

विशिष्ट पीईएस (यूपीएस) उपकरण यूवी प्रकाश के हीलियम गैस स्रोतों का उपयोग करते हैं, जिसमें 52 ईवी (तरंग दैर्ध्य 23.7 एनएम के अनुरूप) तक फोटॉन ऊर्जा होती है। फोटोइलेक्ट्रॉन जो वास्तव में निर्वात में भाग गए, एकत्र किए जाते हैं, थोड़े मंद होते हैं, ऊर्जा का समाधान किया जाता है, और गिना जाता है। यह मापा गतिज ऊर्जा के एक समारोह के रूप में इलेक्ट्रॉन तीव्रता के एक स्पेक्ट्रम में परिणत होता है। क्योंकि बाध्यकारी ऊर्जा मूल्यों को अधिक आसानी से लागू किया जाता है और समझा जाता है, गतिज ऊर्जा मूल्य, जो स्रोत पर निर्भर होते हैं, बाध्यकारी ऊर्जा मूल्यों में परिवर्तित हो जाते हैं, जो स्रोत स्वतंत्र होते हैं। यह आइंस्टीन के संबंध को लागू करने से प्राप्त होता है . h> इस समीकरण की अवधि यूवी प्रकाश क्वांटा की ऊर्जा है जो फोटोएक्सिटेशन के लिए उपयोग की जाती है। प्रकाश उत्सर्जन स्पेक्ट्रा को ट्यून करने योग्य सिंक्रोट्रॉन विकिरण स्रोतों का उपयोग करके भी मापा जाता है।

मापा इलेक्ट्रॉनों की बाध्यकारी ऊर्जा सामग्री की रासायनिक संरचना और आणविक बंधन की विशेषता है। एक स्रोत मोनोक्रोमेटर जोड़कर और इलेक्ट्रॉन विश्लेषक के ऊर्जा संकल्प को बढ़ाकर, चोटियों को 5-8 meV से कम आधी अधिकतम (FWHM) पर पूरी चौड़ाई के साथ दिखाई देता है।

यह भी देखें

  • कोण समाधानित फोटो उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी एआरपीईएस
  • प्रतिलोम प्रकाश उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी आईपीएस
  • Rydberg आयनीकरण स्पेक्ट्रोस्कोपी, शून्य इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा स्पेक्ट्रोस्कोपी ZEKE सहित
  • अल्ट्रा हाई वैक्यूम UHV
  • एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी एक्सपीएस
  • पराबैंगनी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी यूपीएस
  • दो फोटॉन फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी 2पीपीई
  • वाइब्रोनिक स्पेक्ट्रोस्कोपी
  • विलियम ई. स्पाइसर
  • स्टीफन हफनर (भौतिक विज्ञानी)|स्टीफन हफनर

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "photoelectron spectroscopy (PES)". doi:10.1351/goldbook.P04609
  2. ↑ Hercules, D. M.; Hercules, S.H. Al (1984). "Analytical chemistry of surfaces. Part I. General aspects". Journal of Chemical Education. 61 (5): 402. Bibcode:1984JChEd..61..402H. doi:10.1021/ed061p402.
  3. ↑ Nordling, Carl; Sokolowski, Evelyn; Siegbahn, Kai (1957). "Precision Method for Obtaining Absolute Values of Atomic Binding Energies". Physical Review. 105 (5): 1676. Bibcode:1957PhRv..105.1676N. doi:10.1103/PhysRev.105.1676.
  4. ↑ Sokolowski E.; Nordling C.; Siegbahn K. (1957). "Magnetic analysis of X-ray produced photo and Auger electrons". Arkiv för Fysik. 12: 301.
  5. ↑ Ghosh, P. K. (1983). Introduction to Photoelectron Spectroscopy. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-06427-5.
  6. ↑ Vilesov, F. I.; Kurbatov, B. L.; Terenin, A. N. (1961). "Electron Distribution Over Energies In Photoionization Of Aromatic Amines in Gaseous Phase". Soviet Physics Doklady. 6: 490. Bibcode:1961SPhD....6..490V.
  7. ↑ Turner, D. W.; Jobory, M. I. Al (1962). "Determination of Ionization Potentials by Photoelectron Energy Measurement". The Journal of Chemical Physics. 37 (12): 3007. Bibcode:1962JChPh..37.3007T. doi:10.1063/1.1733134.
  8. ↑ Bauer, M.; Lei, C.; Read, K.; Tobey, R.; et al. (2001). "Direct Observation of Surface Chemistry Using Ultrafast Soft-X-Ray Pulses" (PDF). Physical Review Letters. 87 (2): 025501. Bibcode:2001PhRvL..87b5501B. doi:10.1103/PhysRevLett.87.025501. Archived from the original (PDF) on 2007-06-11.
  9. ↑ Corder, Christopher; Zhao, Peng; Bakalis, Jin; Li, Xinlong; Kershis, Matthew D.; Muraca, Amanda R.; White, Michael G.; Allison, Thomas K. (2018-01-24). "Ultrafast extreme ultraviolet photoemission without space charge". Structural Dynamics. 5 (5): 054301. arXiv:1801.08124. doi:10.1063/1.5045578. PMC 6127013. PMID 30246049.
  10. ↑ He, Yu; Vishik, Inna M.; Yi, Ming; Yang, Shuolong; Liu, Zhongkai; Lee, James J.; Chen, Sudi; Rebec, Slavko N.; Leuenberger, Dominik (January 2016). "Invited Article: High resolution angle resolved photoemission with tabletop 11 eV laser". Review of Scientific Instruments (in English). 87 (1): 011301. arXiv:1509.01311. Bibcode:2016RScI...87a1301H. doi:10.1063/1.4939759. ISSN 0034-6748. PMID 26827301.
  11. ↑ Roberts, F. Sloan; Anderson, Scott L.; Reber, Arthur C.; Khanna, Shiv N. (2015-03-05). "Initial and Final State Effects in the Ultraviolet and X-ray Photoelectron Spectroscopy (UPS and XPS) of Size-Selected Pdn Clusters Supported on TiO2(110)". The Journal of Physical Chemistry C (in English). 119 (11): 6033–6046. doi:10.1021/jp512263w. ISSN 1932-7447.

अग्रिम पठन

बाहरी संबंध

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