Physiker der University of Texas in Arlington haben eine neue Technik entwickelt, mit der die Eigenschaften der obersten Atomschicht von Materialien gemessen werden können, ohne Informationen aus den darunter liegenden Schichten einzubeziehen.
Forscher des Positronenlabors am UTA-Department of Physics verwendeten einen Prozess namens Auger-Mediated Positron Sticking (AMPS), um ein neuartiges spektroskopisches Werkzeug zu entwickeln, mit dem die elektronische Struktur der Oberfläche von Materialien selektiv gemessen werden kann.
Ein neuer Artikel, „Photoemissionsspektroskopie unter Verwendung virtueller Photonen, die durch Positron Sticking emittiert werden: Eine komplementäre Sonde für elektronische Oberflächenstrukturen auf der obersten Schicht“, in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung (PRL), beschreibt die neue Technik. Außerdem das Online-Magazin Physik veröffentlichte einen Viewpoint-Artikel über die Veröffentlichung mit dem Titel „Spektroskopie, die nicht an der Oberfläche kratzt“ was erklärt, warum das Papier für das Feld wichtig ist. Viewpoint-Artikel werden von PRL-Redakteuren für Papiere in Auftrag gegeben, von denen sie glauben, dass sie auf breites Interesse stoßen werden.
Alex Fairchild, Postdoktorand im Positron Lab, ist der Hauptautor der Studie. Zu den Co-Autoren gehören Varghese Chirayath, Assistenzprofessor für Forschung; Randall Gladen, Postdoktorand; Ali Koymen, Professor für Physik; und Alex Weiss, Professor und Vorsitzender des UTA Department of Physics. Bernardo Barbellini, Professor für Physik an der LUT-Universität in Finnland, trug ebenfalls zu dem Projekt bei.
Der AMPS-Prozess, bei dem Positronen (Antimaterie von Elektronen) direkt an Oberflächen haften, gefolgt von einer Elektronenemission, wurde erstmals von Saurabh Mukherjee, einem Doktoranden, zusammen mit Weiss und anderen Kollegen im Jahr 2010 an der UTA beobachtet und beschrieben. Diese Ergebnisse wurden in a veröffentlicht Papier in PRL.
„Alex (Fairchild) und Varghese haben herausgefunden, wie sie dieses Phänomen, das wir 2010 entdeckt haben, nutzen können, um die oberste Schicht zu messen und Informationen über die elektronische Struktur und das Verhalten der Elektronen in der obersten Schicht zu erhalten“, sagte Weiss. „Das bestimmt die vielen Eigenschaften eines Materials, einschließlich der Leitfähigkeit, und kann wichtige Auswirkungen auf den Bau von Geräten haben.“
Laut Fairchild ist der AMPS-Prozess einzigartig, weil er virtuelle Photonen verwendet, um die oberste Atomschicht zu messen.
„Dies unterscheidet sich von typischen Techniken wie der Photoemissionsspektroskopie, bei der ein Photon mehrere Schichten in die Masse eines Materials eindringt und daher die kombinierten Informationen der Oberflächen- und Untergrundschichten enthält“, sagte Fairchild.
„Unsere AMPS-Ergebnisse zeigten, wie virtuelle Photonen, die nach dem Positron-Sticking emittiert werden, vorzugsweise mit Elektronen interagieren, die sich weiter in das Vakuum hinein erstrecken, als mit Elektronen, die stärker an der atomaren Stelle lokalisiert sind“, sagte Chirayath. „Unsere Ergebnisse sind daher unerlässlich, um zu verstehen, wie Positronen mit Oberflächenelektronen interagieren, und sind äußerst wichtig, um andere ähnlich oberflächenselektive, auf Positronen basierende Techniken zu verstehen.“
Weiss merkte an, dass das UTA Positron Lab aufgrund der Fähigkeiten seines Positronenstrahls derzeit der einzige Ort ist, an dem diese Technik hätte entwickelt werden können.
„Derzeit hat UTA wahrscheinlich das einzige Labor der Welt, das über einen Positronenstrahl verfügt, der die niedrigen Energien erreichen kann, die zur Beobachtung dieses Phänomens erforderlich sind“, sagte Weiss.
Mehr Informationen:
Alexander J. Fairchild et al, Photoemission Spectroscopy Using Virtual Photons Emitted by Positron Sticking: A Complementary Probe for Top-Layer Surface Electronic Structures, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.106801