Espectroscopia de fotoelectrones

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La espectroscopia de fotoelectrones  es un método para estudiar la estructura de la materia, basado en la medición de los espectros de energía de los electrones emitidos durante la emisión de fotoelectrones . El método de espectroscopía de fotoelectrones es aplicable a la materia en estado gaseoso, líquido y sólido, y le permite explorar las capas electrónicas internas y externas de átomos y moléculas, los niveles de energía de los electrones en un sólido (en particular, la distribución de electrones en la banda de conducción ).

En la espectroscopia de fotoelectrones, se utilizan rayos X monocromáticos o radiación ultravioleta con energías de fotones de decenas de miles a decenas de eV. Las fuentes de radiación en los espectrómetros de fotoelectrones son la radiación del tubo de rayos X , la descarga de helio y la radiación de sincrotrón . Se registra la distribución de electrones por energías cinéticas. A partir de la ley de conservación de la energía , se puede encontrar la energía cinética de un electrón

donde es la energía de un cuanto de luz, es la energía de enlace de un electrón relativa al nivel de Fermi, es la pérdida de energía de un electrón en su camino hacia la superficie, principalmente debido a la dispersión en una red cristalina, es la energía cinética de un electrón emitido en el vacío. En el espectro fotoelectrónico, consiste en un espectro de electrones de los niveles electrónicos internos de los átomos, electrones de la banda de valencia y estados superficiales superpuestos al espectro de electrones secundarios. El proceso de fotoemisión se puede dividir en 3 etapas:

  1. Absorción de un fotón por un electrón en un sólido, el proceso es descrito por el elemento de matriz de la transición del estado normal al estado excitado.
  2. El movimiento de un electrón hacia una superficie, en la que el electrón puede sufrir dispersión por la red cristalina y crear electrones secundarios. Dependiendo de la energía cinética de un electrón en un sólido, los fotoelectrones emergen desde diferentes profundidades de la superficie. Por ejemplo, a 50 eV, un fotoelectrón alcanza la profundidad mínima de escape de fotoelectrones de 0,5 a 1,0 nm. Con un aumento de la energía cinética de un electrón, aumenta la profundidad de escape de los fotoelectrones, lo que permite estudiar la estructura electrónica de un sólido a 1000 eV, despreciando la estructura electrónica superficial.
  3. Superar la barrera de potencial superficial, en el caso de que la energía cinética del electrón sea mayor que la función de trabajo del sólido.

El espectro de electrones se puede utilizar para determinar las energías de enlace de los electrones y sus niveles de energía en la sustancia en estudio. El espectro de fotoelectrones se examina utilizando espectrómetros electrónicos de alta resolución (se ha logrado una resolución de hasta décimas de eV en la región de rayos X y hasta centésimas de eV en la región ultravioleta). Para las moléculas, las energías de enlace de los electrones en las capas internas de los átomos que las forman dependen del tipo de enlace químico (desplazamientos químicos), por lo tanto, la espectroscopia de fotoelectrones se utiliza con éxito en química analítica para determinar la composición de una sustancia y en física. química para estudiar los enlaces químicos.

En química, el método de espectroscopia de fotoelectrones se conoce como ESCA - espectroscopia electrónica para análisis químico (ESCA - espectroscopia electrónica para análisis químico).

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