幻角和线性二向色性电子能量损失谱技术

很多重要的材料具有各向异性的电子结构。由于低对称性的空态电子结构的存在，它们的电子能量损失谱对样品的取向敏感，其敏感程度受到其他实验条件(如电子束的会聚角和散射电子的接收角)的调控。通过研究电子能量损失谱对方向的依赖性以及受实验条件影响的机制，可以通过合理的     

各向异性材料的电子能量损失谱‘幻角’分析

电子能量损失谱(Electron Energy Loss Spectroscopy)在测量材料的电子结构及其电子空间分布方面有很广泛的应用.由于原子的各向异性排列,或是内(外)部电、磁场的作用,许多重要材料的电子结构及其能级之间的电子跃迁会显示出明显的方向性,如石墨、纳米碳管和磁化的铁磁材料等.近来,纳米材料和纳米器件的发展,使得检测纳米尺度的各向异性材料的电子结构成为当务之急.由于电子束斑尺寸可达纳米量级,EELS在这个方面体现了其独特优势,但是在一般情况下,各向异性材料的EELS谱会随样品取向而变化,这给定量分析带来了困难.     

由电子能量损失谱计算过渡金属d电子数的浮动窗口方法

材料宏观性能的差异归根到底来源于其电子结构的差异。在过去半个多世纪里，过渡金属的d电子一直是固体物理领域内研究的一个重要内容；同时，在过渡金属形成合金的过程中，究竟是发生了“电荷转移”，还是保持“局域电中性”，文献中一直存在着争议。所有这些都依赖于对过渡金属中d电子的精确测量。近年来，电子能量损失谱（EEKS）已发展成为一种具有高空间分辨率的原位测量物质电子结构的强有力工具。     

空间分辨电子能量损失谱对合金高温氧化的研究

空间分辨电子能量损失谱（Spatially-resolved EELS）是指在利用配备有能量过滤系统的透射电子显微镜（Energy filter coupled TEM）采集电子能量损失谱时，通过调整样品取向使得样品表面与EELS能量色散方向平行，从而在采集电子能量损失谱时在垂直于能量色散方向具有一定的空间分辩率的实验方法。对于同一元素，当处于不同化学环境时，其电子能量损失近阈精细结构（Energy Loss Near Edge Structure,ELNES）升起点处的绝对能量会有所差异，     

指数掺杂透射式GaAs光电阴极表面光电压谱研究

通过求解一维稳态少数载流子扩散方程,推导了指数掺杂和均匀掺杂的透射式GaAs光电阴极表面光电压谱理论方程。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了发射层厚度相同、掺杂结构不同的两款透射式阴极材料。通过表面光电压谱实验测试和理论拟合发现指数掺杂结构在发射层厚度和后界面复合速率相同的情况下能够有效提高阴极电子扩散长度,这主要由于内建电场能够促使光生电子通过扩散和电场漂移两种方式向表面运动,从而最终提升阴极的发射效率和表面光电压谱。利用能带计算公式和电子散射理论对这两种不同结构材料的表面光电压谱进行了详细分析。     

利用电子能量损失研究相对论量子力学理论

电子能量损失谱是近年来在分析电子显微学中最有发展前途的先进材料表征手段，它的物理基础是已有百年历史，发展非常成熟的量子力学和相对论量子力学理论。但早期量子力学的研究对象是原子，原子核等具有高度对称性的物理体系，许多公式、定律在低对称性体系中的适用性并没有可靠的实验验证。在晶体中，原子的对称性在晶体场的影响下会降低，故对晶体进行电子能量损失研究对我们检测量子力学的基本推断很有帮助。我们的实验结果在绝大多数情况下与理论预测相符，但我们最近发现对应内壳层电子激发的高能电子能量损失的散射角度分布与1956年的Fano的电子能量损失理论有别。     

复杂形貌试样的扫描电镜成像衬度模拟

Monte Carlo方法可用于模拟计算扫描电子显微学中材料的表面形貌像衬度，通过模拟电子在试样内部和表面附近的散射和输运过程，从而得到二次电子和背散射电子的信号，它们既反映了试样的表面形貌特征，在一定程度上还表征了试样的内部成分和结构差异。     

新型功能化合物的晶体结构和电子能量损失谱研究

本文深入研究了六方层状结构钴氧化物中的层间阳离子排列,电荷/轨道序和金属超导体NbB2中的电子能量损失谱,阐述了现代透射电子显微镜(TEM)技术和电子能量损失谱在功能化合物研究领域的应用.基于MxCoO2(M=Na,Sr或Ca)化合物的TEM结构分析,总结给出了反映这种层状结构化合物中阳离子含量和结构特性关联的相图.以Na0.5CoO2材料作为研究主体,系统分析了材料结构随温度的变化,并对Na离子有序和结构相变进行了深入探讨.在100 K到20 K温度区间观测到了两个超结构相,其基本特性可以用电荷/轨道有序模型很好地解释.NbB2是典型的层状超导体,电子能量损失谱表现出很强的各向异性.结合第一性原理计算对其电子结构和电子能量损失谱的特性进行了仔细分析,获得了费米能级附近B的2p轨道未占据态信息.在这些实验和理论结果的基础上,系统分析了六方层状钴氧化物中结构相变和物理性能的关联,并对NbB2和MgB2超导材料电子结构区别进行了讨论.     

用高分辨电子能量损失谱和紫外光电子谱研究多孔硅的电子结构

本文首次使用分辨电子能量损失谱（ＨＲＥＥＬＳ）和紫外光电子能谱（ＵＰＳ）研究新腐蚀的多孔硅样品（ＰＳ）的电子结构．实验结果发现，从ＨＲＥＥＬＳ谱中能量损失阈值测得的多孔硅的能隙最可几值移到２．９ｅＶ左右，与文献报道的光激发谱（ＰＬＥ）的结果相近．ＵＰＳ结果发现多孔硅费米能级到价带顶的距离不同于单晶硅，结合ＨＲＥＥＬＳ和ＵＰＳ结果可以初步得出多孔硅与硅界面的能带排列．     

NaxCoO2·yH2O体系的高分辨电子能量损失谱和电子结构研究

本文通过高分辨电子能量损失谱(EELS)的实验分析与密度泛函计算相结合的方法,研究了NaxCoO2·yH2O系统的电子结构特性和电子关联效应.实验结果表明,金属性Na0.3CoO2材料和电荷有序绝缘体Na0.5CoO2的O-K吸收边存在明显的结构差别,在Na0.5CoO2的EELS中第一个峰发生明显分裂,密度泛函计算证实这种分裂现象和电子关联效应直接相关.通过理论模拟谱线与实验谱线的比较确定了其电子关联强度为U=3.0 eV.在Na0.3CoO2·yH2O(y=0,0.6,1.3)超导体系中,实验发现其能损谱的低能部分随着水含量的增加发生系统的变化,损失峰向低能量方向逐步移动.电子结构计算表明水分子的插入可以引起费米面附近能态原子轨道杂化情况的改变,从而导致EELS的变化.