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中科大利用能谱仪首次发现非线性电子散射现象

行业聚焦点中国仪表网2014年10月16日 09:42人气:5792

  【中国仪表网 行业聚焦点】近日,从中国科学技术大学获悉,该校合肥微尺度物质科学国家实验室陈向军教授研究组与罗毅教授合作,利用自主研制的扫描探针电子能谱仪首次发现了非线性电子散射现象,该现象的发现有可能发展出一种革命性的表面单分子探测技术。研究成果发表在最新一期的《自然·物理》上。
  

        电子能量损失谱学是分析材料化学组成的一种重要手段,电子打到样品上会损失能量而发生非弹性散射,电子损失的能量取决于样品原子及其所处的状态,通过收集测量非弹性散射电子,可以获得样品中元素分布和原子相互作用等信息。然而在常规的电子散射中,非弹性电子只占极少的比例,大多数电子是没有能量损失的弹性散射电子。
  
  它通过测量电子的非弹性散射获得原子分子的信息。然而在常规的电子散射中,非弹性电子只占极少的比例,大多数电子是没有能量损失的弹性散射电子。陈向军教授研究组将电子能谱学技术与扫描探针技术结合自主研制了扫描探针电子能谱仪,并利用针尖场发射电子束与石墨表面的银纳米结构相互作用,测量散射电子的能谱。实验表明,银纳米结构激发出的局域等离激元场可以导致非线性的电子散射现象,使得非弹性电子的强度显著增强。罗毅教授提出一种单电子两步过程的理论模型解释了这种非线性电子散射。
  
  中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室陈向军教授研究组与罗毅教授合作,自主研制了扫描探针电子能谱仪。实验中,离样品表面只有几个微米距离的钨针尖加上电压后发射出携带能量的电子,电子与石墨表面的银纳米结构相互作用后,散射的电子被分析器收集并按照能量分类,从而获得它们的能量损失值。利用自主研制的扫描探针电子能谱仪发现了全新的非线性电子散射现象,该现象的发现有可能发展出一种革命性的固体表面单分子探测技术。研究成果发表在最新一期的《自然•物理》上,中国科大徐春凯副教授是论文的第一作者。Phys.org网站和《亚洲科学家杂志》对研究成果做了专题报道。
  
  他们的实验表明,电子在银纳米结构上激发出的局域的等离激元场(样品中电子集体运动形成的场)可以导致非线性的电子散射现象,更多的电子损失能量,使非弹性电子的强度显著增强。罗毅教授提出了一种单电子两步过程的理论模型,解释了这种非线性电子散射。
  
  据了解,非线性电子散射不仅是一种全新的物理现象,它同时还会带来一种新的、具有潜力的谱学技术—“非线性电子散射谱学”,未来可以用于研究吸附在金属纳米颗粒上的单个原子或分子。非线性电子散射过程会大大提高信噪比,从而实现固体表面纳米空间分辨的原子分子谱学测量。英国著名的科技新闻网站Phys.org和亚洲科学家杂志对该研究成果做了专题报道。
  
  长期以来,陈向军研究组一直利用自主研制的实验装置开展电子与原子分子碰撞的结构与动力学研究,是该领域国际知名的研究组之一。十年前,他们开始尝试把电子能谱学技术与固体表面的扫描探针技术创新性地结合起来,研制扫描探针电子能谱仪。
  
  上述研究得到了科技部、国家自然科学基金委、教育部和中组部“千人计划”的支持。
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