材料物理分析技术-EELS
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电子能量损失谱 原理 与应用
内
1、电子能量损失谱原理
容
2、电子能量损失谱仪组合 3、电子能量损失谱的谱图 4、能量过滤像
1.电子能量损失谱原理
电子能量损失谱原理
∆E = E0 − ET
一部分电子所损失的部分能量值是样品中某个元素的 特征值,采集透射电子信号强度,并按其损失能量大小 展示出来,即电子能量损失谱.
高能损失范围的谱图 －电离损失峰 (ionization edge)
电离损失峰的命名 和量子数跃迁的选择定则
高能损失－ 电离损失峰用于成分分析
成分定性分析
近阈精细结构(ELNES) 和广延精细结构(EXELFS)
Baidu Nhomakorabea
近阈精细结构(ELNES)
近阈精细结构(ELNES)
近阈精细结构(ELNES)
两种类型的TEM— EELS结构
非弹性散射电子的色散
4 R 1 + E0 / m0 c 2 ( ) ∆x = ∆E0 2 E0 2 + E0 / m0 c
色散度-- △ x/ △E
电子能量损失谱仪的工作原理
3、电子能量损失谱EELS所包含的信息
电子能量损失谱示意图
零损失峰(ZLP)
低能损失－等离子损失峰（plasmons)
高能损失范围－广延精细结构
中心是一被电离的原子 入射电子经电离损失能量后， 多余的能量可使由于电离而 被激发的电子产生几率波 λ=12.25/(E – Ec)1/2 若 E=Ec+100eV, 则 λ=0.12nm 此几率波被相邻原子散射， 散射波与几率波相干，形成 振荡。振荡波振幅受相邻原 子的种类和距离影响。
损失能量范围：E>Ec+50eV 表现为在电离损失峰之后几百个电 子伏特范围内存在的微弱的振荡
Thank you !
EELS 和 EDS的比较
EELS 散射的一次过程 散射方向主要为入射束前 进方向 效率高 适于分析轻元素 提供空态态密度、氧化态、 局域的相邻原子成分和 距离、能带结构信息 缺点：峰形复杂、本底变 化 EDS 散射的二次过程 散射方向不是入射束前进 方向 效率低 适于分析重元素
2.电子能量 损失谱仪
近阈精细结构ELNES－化学位移
电离损失峰化学位移 (Chemical shift) 两类原子形成离子晶体，正（负）离子由于失去（得到）电子，使它们的内 壳层电子处于更深（更外）的轨道能级上，电离所需能量更大（小）一些。由此 产生edge Ec的位移。
高能损失范围－广延精细结构
中心是一被电离的原子 入射电子经电离损失能量后， 多余的能量可使由于电离而 被激发的电子产生几率波 λ=12.25/(E – Ec)1/2 若 E=Ec+100eV, 则 λ=0.12nm 此几率波被相邻原子散射， 散射波与几率波相干，形成 振荡。振荡波振幅受相邻原 子的种类和距离影响。
损失能量范围：E>Ec+50eV 表现为在电离损失峰之后几百个电 子伏特范围内存在的微弱的振荡
电离损失峰----广延精细结构
4、EFTEM---能量过滤像
选择零损失峰成像
能量过滤成像应用
能量过滤成像应用
EELS小结
从Ni的L-edge研究硼对 多晶Ni3Al的影响
Subramania and Muller et al, Materials Science and Engineering A192/193(1995)936-944
低能损失－等离子损失峰（plasmons)
高能损失范围的谱图 －电离损失峰 (ionization edge)
Ec：onset energy核对内壳层电子的束缚能 (binding energy) E>Ec 时，才能被电离，Ec 是能被电离的最小的能量值 E=Ec 时，散射截面达最大值 随损失能量增加，散射截面减小，电离损失峰强度减小
内
1、电子能量损失谱原理
容
2、电子能量损失谱仪组合 3、电子能量损失谱的谱图 4、能量过滤像
1.电子能量损失谱原理
电子能量损失谱原理
∆E = E0 − ET
一部分电子所损失的部分能量值是样品中某个元素的 特征值,采集透射电子信号强度,并按其损失能量大小 展示出来,即电子能量损失谱.
高能损失范围的谱图 －电离损失峰 (ionization edge)
电离损失峰的命名 和量子数跃迁的选择定则
高能损失－ 电离损失峰用于成分分析
成分定性分析
近阈精细结构(ELNES) 和广延精细结构(EXELFS)
Baidu Nhomakorabea
近阈精细结构(ELNES)
近阈精细结构(ELNES)
近阈精细结构(ELNES)
两种类型的TEM— EELS结构
非弹性散射电子的色散
4 R 1 + E0 / m0 c 2 ( ) ∆x = ∆E0 2 E0 2 + E0 / m0 c
色散度-- △ x/ △E
电子能量损失谱仪的工作原理
3、电子能量损失谱EELS所包含的信息
电子能量损失谱示意图
零损失峰(ZLP)
低能损失－等离子损失峰（plasmons)
高能损失范围－广延精细结构
中心是一被电离的原子 入射电子经电离损失能量后， 多余的能量可使由于电离而 被激发的电子产生几率波 λ=12.25/(E – Ec)1/2 若 E=Ec+100eV, 则 λ=0.12nm 此几率波被相邻原子散射， 散射波与几率波相干，形成 振荡。振荡波振幅受相邻原 子的种类和距离影响。
损失能量范围：E>Ec+50eV 表现为在电离损失峰之后几百个电 子伏特范围内存在的微弱的振荡
Thank you !
EELS 和 EDS的比较
EELS 散射的一次过程 散射方向主要为入射束前 进方向 效率高 适于分析轻元素 提供空态态密度、氧化态、 局域的相邻原子成分和 距离、能带结构信息 缺点：峰形复杂、本底变 化 EDS 散射的二次过程 散射方向不是入射束前进 方向 效率低 适于分析重元素
2.电子能量 损失谱仪
近阈精细结构ELNES－化学位移
电离损失峰化学位移 (Chemical shift) 两类原子形成离子晶体，正（负）离子由于失去（得到）电子，使它们的内 壳层电子处于更深（更外）的轨道能级上，电离所需能量更大（小）一些。由此 产生edge Ec的位移。
高能损失范围－广延精细结构
中心是一被电离的原子 入射电子经电离损失能量后， 多余的能量可使由于电离而 被激发的电子产生几率波 λ=12.25/(E – Ec)1/2 若 E=Ec+100eV, 则 λ=0.12nm 此几率波被相邻原子散射， 散射波与几率波相干，形成 振荡。振荡波振幅受相邻原 子的种类和距离影响。
损失能量范围：E>Ec+50eV 表现为在电离损失峰之后几百个电 子伏特范围内存在的微弱的振荡
电离损失峰----广延精细结构
4、EFTEM---能量过滤像
选择零损失峰成像
能量过滤成像应用
能量过滤成像应用
EELS小结
从Ni的L-edge研究硼对 多晶Ni3Al的影响
Subramania and Muller et al, Materials Science and Engineering A192/193(1995)936-944
低能损失－等离子损失峰（plasmons)
高能损失范围的谱图 －电离损失峰 (ionization edge)
Ec：onset energy核对内壳层电子的束缚能 (binding energy) E>Ec 时，才能被电离，Ec 是能被电离的最小的能量值 E=Ec 时，散射截面达最大值 随损失能量增加，散射截面减小，电离损失峰强度减小