“Принципы и применение методов электронной и рентгеновской спектроскопии”

 

Профессор  А.С.Шулаков

 

1.  ВВЕДЕНИЕ

·      историческая справка;

·      одноэлектронные диаграммы процессов и основные физические характеристики спектральных методов;

·      основные тенденции современного развития методов рентгеновской и электронной спектроскопии.

 

2.  СИСТЕМАТИКА РЕНТГЕНОВСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ СПЕКТРОВ

·      приближение центрально-симметричного поля и теория возмущений;

·      движение одного электрона в центрально- симметричном поле, представление несвязанных моментов;

·      представление связанных моментов в центрально- симметричном поле: спин- орбитальное взаимодействие;

·      классификация состояний одноэлектонного атома;

·      конфигурация из двух электронов, антисимметричность волновой функции многоэлектронной системы;

·      типы связывания моментов и классификация уровней с учетом электростатического взаимодействия электронов;

·      принцип вакансий и принцип запрета Паули;

·      водородоподобное приближение  и постоянные экранирования;

·      диаграмма одноэлектронных уровней водородоподобного атома - апофеоз сведения многоэлектронной системы к водородоподобной;

 

3.  ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМНОГО ЭЛЕКТРОНА С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

·      формы представления возмущающего потенциала электромагнитного поля для электронов без учета и с учетом спина;

·      полные вероятности поглощения и испускания фотона;

·      амплитуды вероятности переходов в различных представлениях, длинноволновое приближение и дипольный электрический момент перехода.

·      правила отбора для  электронных переходов и систематика переходов в рентгеновской, фотоэлектронной и оже- электронной спектроскопии;

 

4.  ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЭЛЕКТРОНОВ ВНУТРЕННИХ ОБОЛОЧЕК АТОМА В МНОГОАТОМНЫХ СИСТЕМАХ

·      остовные уровни и конечные состояния;

·      метод Хартри-Фока решения уравнения Шредингера многоатомной системы,  кулоновский и обменный члены электростатического взаимодействия;

·      теорема Купменса и одноэлектронные энергии связи, обменный потенциал Слэтера;

·      корреляционные, релятивистские и релаксационные поправки к ХФ энергии связи, поляризационный потенциал, модель переходного состояния;

·      химсдвиги рентгеновских, рентгеновских фотоэлектронных и оже- электронных линий и их связь с изменением химического и атомного строения твердых тел,

·      термодинамическая модель расчета энергии связи и химсдвигов, цикл Борна-Хабера.

·      поверхностные сдвиги внутренних уровней,

 

5.  ФОРМА РЕНТГЕНОВСКИХ  И ЭЛЕКТРОННЫХ  ЛИНИЙ

·      классическая теория формы рентгеновских уровней и линий;   

·      квантовая теория формы линий, вероятности радиационного и безрадиационного переходов и энергетическая ширина уровня; метод нестационарной теории возмущений;

·      форма рентгеновских фотоэлектронных и оже- электронных линий и проблема учета фона неупругих потерь;

·      общая схема расчета мультиплетного расщепления   термов, приближение среднего обмена;

·      сверхтонкие эффекты в рентгеновских эмиссионных спектрах переходных металлов, способ измерения локального магнитного момента атомов;

·      расщепление ns- рентгеновских фотоэлектронных линий и магнитный момент атома;

·      асимметрия фотоэлектронных линий металлов и плотность  состояний на уровне Ферми.

 

6.   РЕНТГЕНОВСКИЕ ЭМИССИОННЫЕ ПОЛОСЫ И ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА БЛИЖНЕГО ПОРЯДКА

·      форма рентгеновских эмиссионных полос и ее связь с функцией плотности валентных электронных состояний;

·      методы расчета электронной структуры кристаллов;

·      пространственная анизотропия излучения в полосах;

·      резонансные явления в рентгеновской эмиссии кристаллов;

·      рентгеновская эмиссионная спектроскопия с разрешением по глубине;

·      рентгеновские эмиссионные полосы атомов поверхности.

 

7.   ОЖЕ-ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕТРРОСКОПИЯ

 

8.  ФОТОЭМИССИЯ ИЗ ВАЛЕНТНЫХ ЗОН КРИСТАЛЛОВ

·      дифференциальное сечение фотоэмиссии, параметр угловой анизотропии;

·      фотоэмиссия атомов и молекул;

·      трехступенчатая модель фотоэмиссии твердых тел;

·      фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением как метод исследования дисперсии валентных состояний;

·      дифракция фотоэлектронов;

·      фотоэмиссия поверхностных состояний,

·      магнитно-циркулярный дихроизм

 

9. РЕНТГЕНОВСКАЯ АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

·      спектры поглощения свободных атомов;

·      методы описания спектров поглощения многоатомных систем, рентгеновские спектры поглощения твердых тел и функция плотности состояний зоны проводимости;

·      EXAFS- спектроскопия как метод изучения атомного строения ближнего порядка;

·      оптимизация условий получения рентгеновских спектров поглощения.

 

10.       СПЕКТРОСКОПИЯ ВЫХОДА ВНЕШНЕГО РЕНТГЕНОВСКОГО ФОТОЭФФЕКТА

·      внешний рентгеновских фотоэффект и вторичная электронная эмиссия;

·      выход фотоэффекта в токовом и импульсном режиме, модели описания процессов рассеяния;

·      условие подобия формы спектров выхода рентгеновским спектрам поглощения;

          статистика фотоэффекта

 

11.       СПЕКТРОСКОПИЯ ОБРАЩЕННОЙ ФОТОЭМИССИИ (ОФЭ)

·      амплитуда радиационного захвата, сравнение с фотоэмиссией;

·      спектры коротковолновой границы тормозного излучения и изохромат тормозного излучения;

·      трехступенчатая модель формирования спектров ОФЭ твердых тел, ОФЭ с угловым разрешением;

·      селективный детектор излучения в полосе 9.7 эВ;

·      резонансная ОФЭ;

·      ОФЭ поверхностных состояний;

 

12.   МНОГОЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ  ФОРМИРОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ СПЕКТРОВ

·      сателлиты рентгеновских и фотоэлектронных линий и механизмы их формирования; приближение конфигурационного взаимодействия, приближение внезапных возмущений;

·      сателлиты рентгеновских полос излучения и спектров поглощения;

·      динамические эффекты формирования рентгеновских эмиссионных полос, правило конечного состояния;

·      приближение случайных фаз с обменом и диаграммная техника описания многоэлектронных процессов,

·      резонансная фотоэмиссия;

·      поляризационное тормозное излучение..

 

13.       СПЕКТРОСКОПИЯ ПОРОГОВЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ (СПП)

·      одноэлектронная модель формирования СПП;

·      связь формы СПП с функцией плотности состояний зоны проводимости твердых тел;

·      вклад резонансной ОФЭ в формирование СПП.

 

14.       СПЕКТРОСКОПИЯ ОТРАЖЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ  ЛУЧЕЙ

·      особенности процесса зеркального отражения рентгеновских лучей, критический угол полного внешнего отражения;

·      методы определения оптических констант;

·      отражение и рассеяние рентгеновских лучей реальными поверхностями и определение параметров микрорельефа;

·      аномальное рассеяние рентгеновских лучей (эффект Ионеды);

·      рефлектометрия как метод исследования поверхностных слоев твердых тел.

 

15. СПЕКТРОСКОПИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ

 

16. СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ

 

17. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

 

18. ВОЗМОЖНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО И ФАЗОВОГО АНАЛИЗА СОСТАВА ОБРАЗЦОВ С       

      ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ РЕНТГЕНОВСКОЙ И ЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

 

 

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.   Блохин М.А., Физика рентгеновских лучей, М: ГИТЛ, 1957.

2.   Блохин М.А., Методы рентгеноспектральных исследований, М: ГИТЛ, 1959.

3.   Зигбан К., Нордлинг К., и др., Электронная спектроскопия, М: Мир, 1971.

4.   Каразия Р., Введение в теорию рентгеновских и электронных спектров свободных атомов, Вильнюс, Мокслас, 1987.

5.   Никитин А.А., Рудзикас З.Б., Основы теории спектров атомов и ионов, М: Наука, ГРФМЛ, 1983.

6.   Амусья М.Я., Атомный фотоэффект, М: Наука, ГРФМЛ, 1987.

7.   Амусья М.Я., Тормозное излучение, М: Энергоатомиздат., 1990.

8.  Huefner S.  Photoelectron Spectroscopy. Principles and Applications. Schpringer Verlag, 1995.

9.      Рентгеновские спектры молекул (под ред. А.В.Николаева), Новосибирск, Наука,      Сиб. отд., 1977. 

10  Немошкаленко В.В., Алешин В.Г., Рентгеновская эмиссионная спектроскопия металлов и сплавов, Киев, Наукова Думка, 1972.

11. Немошкаленко В.В., Алешин В.Г., Теоретические основы рентгеновской эмиссионной спектроскопии, Киев, Наукова Думка, 1974.

12.  Немошкаленко В.В., Алешин В.Г., Электронная спектроскопия кристаллов, Киев,  Наукова Думка, 1976.

13. Майзель А., Леонхард Г., Сарган Р., Рентгеновские спектры и химическая связь, Киев, Наукова Думка, 1981.

14.   Зимкина Т.М., Фомичев В.А., Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия, Л: Изд, ЛГУ, 1971.

15.  Курмаев Э.З., Черкашенко В.М., Финкельштейн Л.Д., Рентгеновские спектры твердых тел, М: Наука, 1988.

16. Оцуки Е.-Х., Взаимодействие заряженных частиц с твердыми телами, М: Мир, 1985.

17. Электронная и ионная спектроскопия твердых тел (под ред. Л Фримэнса, Джэнника и В. Декейсера), М: Мир, 1981.

18. Нефедов В.И., Вовна В.И., Электронная структура химических соединений, М: Наука, 1987.

19. Нефедов В.И., Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений, М:  Химия, 1984.

20. Фелдман Л., Майер Д., Основы анализа поверхности и тонких пленок, М: Мир, 1989.

21. Вудраф Д., Делчар Т., Современные методы исследования поверхности, М: Мир,1989.

22.  Баринский Р.Л., Нефедов В.И., Рентгеноспектральное определение заряда атомов в молекулах, М: Наука, 1966

23.  Бронштейн И.М., Фрайман Б.С., Вторичная электронная эмиссия, М: Наука, ГРФМЛ, 1969.

24.  Зеркальная рентгеновская оптика (под ред. А.В.Виноградова), Л: Машиностроение, 1989.

25.  Синхротронное излучение. Свойства и применение (под ред. К.Кунца), М: Мир, 1981.

26.  Himpsel F.J., Inverse Photoemission: Fundamentals and Applications to Semiconductors, Physica Scripta, 1990, v. T31, p.171-178.

27.  Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. - М.: Мир, 1979- в 2-х томах.

28.  Э.Зенгуил “Физика поверхности”. М., Мир, 1990. 536 стр.

29.  С.Г.Овчинников, «Использование синхротронного излучения для исследования магнитных материалов", УФН, т.169, №8 (1999), с.869.

30.  S.D.Barrett, S.S.Dhesi, “The Structure of  Rare-Earth Metal Surfaces”, World Scientific Publ., 2001.

31.  В. Кон, «Электронная структура вещества - волновые функции и функционалы плотности», УФН, т.172, №3 (2002), с.336.

32.   Джон А. Попл, «Квантово-химические модели», УФН, т.172, №3 (2002), с. 350.