Spectroscopia de Fotoelectroni cu Raze X XPS

Scurt istoric

În 1887 Heinrich Rudolf Hertz a descoperit efectul fotoelectric care a fost explicat în 1905 de către Albert Einstein (premiul Nobel pentru fizică 1921). Doi ani mai târziu, în 1907, PD Innes a experimentat cu un tub Röntgen, bobine Helmholtz, un câmp magnetic și plăci fotografice pentru a înregistra benzile late ale electronilor emiși, acesta fiind primul spectru XPS înregistrat. Alți cercetători Henry Moseley , Rawlinson şi Robinson, realizează în mod independent diverse experimente în încercarea de a evidenția toate detaliile legate de aceste benzi. În timpul razboaielor cercetările asupra XPS au fost oprite. După al doilea război mondial, Kai Siegbahn şi grupul său din Uppsala (Suedia) au adus o serie de îmbunătățiri semnificative echipamentelor și în 1954 au înregistrat primul spectru XPS de înaltă rezoluție, dezvăluind potențialul XPS. Câțiva ani mai târziu, în 1967, Siegbahn a publicat un studiu amplu asupra acestei metode, evidențiind utilitatea XPS. În cooperare cu Siegbahn, Hewlett-Packard din USA a produs primul aparat XPS monocromatic comercial în 1969. Siegbahn a primit premiul Nobel în 1981 în scopul recunoașterii eforturilor sale susținute de a dezvolta tehnica XPS într-un instrument util de analiză.

1887 – Descoperirea efect. 1895 – Descoperirea razelor X:

fotoelectric: Heinrich Hertz Wilhelm Conrad Roentgen

1901 – I se decernează (primul)

Premiu Nobel ca o recunoaștere a

contribuției remarcabile a radiațiilor,

denumite ulterior raze X.

1905. E. Einstein – Explicația Karl Manne Georg Siegbahn,

efectului fotoelectric: Univ. din Upsala, Suedia.

premiul Nobel, 1921. premiul Nobel, 1921 pentru

rezultatele din domeniul

spectroscopiei radiațiilor X.

Kai M. Siegbahn (fiul!), 1981 –

premiul Nobel : pentru

descoperirile sale în domeniul

spectroscopiei de electroni, de

înaltă rezolutie.

Principiul metodei

Progresele înregistrate în ştiinţa materialelor se datorează în mare măsură dezvoltării spectroscopiilor de analiză a suprafeţelor. Principiul acestor tehnici constă din bombardarea suprafeţei cu un fascicul de particule (electroni, protoni, particule α, ioni, atomi neutri) sau de radiaţie electromagnetică (radiaţie X sau ultravioletă), şi analiza particulelor sau a radiaţiei emise de suprafaţă. Există în prezent o varietate extrem de largă de spectroscopii de suprafaţă, diferenţiate după natura agentului de ionizare, ca şi a radiaţiei/ particulelor emise şi detectate.

Dintre acestea, cele mai răspândite, şi cu cea mai largă bază de date accesibile, sunt spectroscopia de fotoelectroni sau fotoemisie (XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy) şi spectroscopia de electroni Auger (AES: Auger Electron Spectroscopy). Fotoemisia este generată prin iradierea probei cu un fascicul de raze X, de energie ħω . Fotonii X sunt absorbiţi prin efect fotoelectric pe toate păturile atomice cu energii de legătură Eb < ħω. Electronii eliberaţi din atom (fotoelectroni), ca şi din materialul iradiat, rămân cu energia cinetică: Ek = ħω – Eb .

Principiul metodei XPS constă din determinarea energiilor de legătură Eb, având energia ħω cunoscută şi energiile cinetice Ek măsurate de spectrometru.