Методы:
1) Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) и микроскопия (элементное картирование) с пространственным разрешением
Метод фотоэлектронной спектроскопии является современным методом исследования заполненных электронных состояний в твёрдом теле. Он основан на явлении фотоэффекта: электрон в заполненном состоянии оптически возбуждается фотоном в незаполненное состояние. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия остовных уровней позволяет получить количественную информацию об элементном и химическом составе приповерхностной области образцов. Для изучения элементного химического состава образцов с латеральным разрешением используется метод элементного картирования поверхности, реализация данного метода возможна за счёт наличия специальной микроканальной пластины, которая позволяет анализировать вылетающие из твёрдого тела фотоэлектроны с пространственным разрешением.
2) Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (УФЭС) валентной зоны с угловым и спиновым разрешением
Метод фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением широко применяется для измерения дисперсионных зависимостей и симметрии электронных энергетических зон твёрдого тела.
3) Дифракция медленных электронов
Метод дифракции медленных электронов позволяет получить информацию о монокристаллической структуре поверхности образца.
4) Оже-электронная спектроскопия и микроскопия с пространственным разрешением
В основе Оже- электронной спектроскопии (ОЭС) лежит измерение энергии и количества Оже-электронов, вылетающих с поверхности твердого тела при ее бомбардировке пучком электронов. Важной особенностью Оже-электронной спектроскопии является ее чувствительность к химическому состоянию анализируемых элементов на поверхности. Химическое состояние элементов образца отражается на форме и положении особенностей спектра Оже-электронов.
5) Сканирующая электронная микроскопия
Метод позволяет получить изображение поверхности образца путем сканирования сфокусированным электронным пучком (до 95 нм и 10 кэВ) с одновременной регистрацией возбужденного этим пучком низкоэнергетических вторичных электронов.
6) Спектроскопия ионного рассеяния
Спектроскопия ионного рассеяния представляет собой метод, в котором пучок первичных ионов рассеивается на поверхности. Кинетическая энергия рассеянных ионов может быть измерена. Энергетические потери упруго рассеянных ионов зависят от относительных масс атомов на поверхности и ионов, таким образом, измеренный спектр содержит информацию об элементном составе поверхности.
7) Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов
Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами — разновидность электронной спектроскопии, в которой исследуемая поверхность подвергается облучению электронами с узким диапазоном энергий, и регистрируются потери энергии неупруго рассеянных электронов. Распределение
электронов по энергиям несет информацию о потерях энергии на возбуждение колебательных состояний, плазмонов, глубоких уровней и межзонных переходов.
8) Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и сканирующая туннельная спектроскопия (СТС)
Данные методы позволяют получить изображение поверхности образца с атомарным разрешением, энергетический спектр заполненных и свободных состояний, распределение работы выхода и локальной плотности состояний с высоким латеральным разрешением.
9) Атомно-силовая микроскопия (АСМ) (контактный и бесконтактный режимы)
Данный зондовый метод позволяет получить изображения поверхности образцов (в том числе и непроводящих) с использованием как кантилеверов, так и Qplus сенсоров. В последнем режиме одновременно с АСМ изображениями с атомарным разрешением могут быть получены и СТМ изображения.
10) Времяпролётная масс-спектрометрия с рефлектроном
Времяпролётная масс-спектрометрия является методом масс-спектрометрии, в котором соотношение массы иона и заряда определяется с помощью измерения времени. Использование рефлектрона приводит к значительному увеличению разрешения времяпролётных приборов по сравнению с линейными спектрометрами и увеличивает точность определения масс. Выбор ионизационного источника зависит от состояния, в котором находится вещество перед ионизацией. Ионизация возможна электронным ударом или лазерными квантами (фотоионизация).
11) Термодесорбционная спектроскопия
Суть метода заключается в измерении состава десорбирующегося газа с образца, нагреваемого в вакууме, в зависимости от температуры. Метод позволяет определить энергию связи адсорбированных атомов и молекул (или энергию активации десорбции), величину покрытия поверхности адсорбированными веществами, порядок кинетики процесса адсорбции.
12) Оптическая спектроскопия (в диапазоне длин волн от вакуумного ультрафиолета до инфракрасной области)
Позволяет исследовать спектры излучения в диапазоне длин волн от вакуумного ультрафиолета до инфракрасной области. Источник низкоэнергетичных электронов используется для возбуждения спектров люминесценции в газовой фазе, источник высокоэнергетичных электронов - для возбуждения спектров люминесценции нанокомплексов на поверхности твердого тела
Методики:
1) Методика очистки поверхности монокристаллов тугоплавких и переходных металлов до атомарной чистоты при выполнении НИР
Данная методика описывает операции по очистке монокристаллов тугоплавких металлов методом высокотемпературной «вспышки» и монокристаллов переходных металлов с использованием ионного травления в сверхвысоковакуумных условиях.
2) Методика перманентного напыления различных металлов с непрерывным контролем толщин напыляемых слоев при выполнении НИР
Настоящая методика основана на экспериментальной регистрации с использованием метода фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) проявления квантово-размерных эффектов в тонких слоях металлов на поверхности монокристаллов непрерывно в течение увеличения толщины напыляемой пленки, начиная с субмонослойных толщин. Толщина пленки может быть оценена с точностью до десятых долей монослоя и контролируема, исходя из наблюдаемого спектра квантовых электронных состояний по их энергии и количеству. Данная методика может быть использована при производстве прецизионных квантовых устройств наноэлектроники и новых наноструктурированных материалов.
3) Методика тестирования кристаллической структуры поверхностей монокристаллов и их ориентации для исследования методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением по высокоразрешенным деталям картин ДМЭ при выполнении НИР
Дифракция медленных электронов широко используется для исследования кристаллической структуры поверхности монокристаллов в условиях сверхвысокого вакуума. Информацию о структуре поверхности получают, анализируя упруго рассеянные кристаллом электроны, и это позволяет сделать заключение о совершенстве кристаллической структуры образца, об ориентации кристаллографических осей в пространстве. Эта информация необходима для правильной ориентации его в нужном кристаллографическом направлении для дальнейшего исследования методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) дисперсии энергетических зон вдоль выделенных направлений поверхностной зоны Бриллюэна с высокой симметрией. Данная методика позволяет сократить время, отведенное для характеризации и ориентации в пространстве поверхности монокристалла или низкоразмерных структур, сформированных на его поверхности.
4) Методика измерения дисперсии энергетических зон и структуры заполненных и незаполненных состояний по фотоэлектронным спектрам с высоким угловым и энергетическим разрешением при выполнении НИР
Использование данной методики предоставляет возможность получения однозначной информации об электронной энергетической структуре и соответствующих дисперсионных зависимостях для электронных состояний валентной зоны исследуемых объектов. Особенно важным это становится при изучении процессов формирования и анализа электронных свойств низкоразмерных наноструктуированных объектов 2D- и 1D-типа, где имеет место существенная модификация их электронной структуры валентных состояний вследствие эффектов размерного квантования. Именно такая модификация и позволяет создавать объекты с принципиально новым типом электронной структуры (которая может быть модифицирована контролируемым образом) и, соответственно, приводить к принципиально новыми электронными свойствами создаваемых объектов. Поэтому очень важно иметь возможность изучения и контроля особенностей электронной структуры и дисперсии электронных состояний в требуемых направлениях зоны Бриллюэна, где имеет место размерные ограничения волновых функций наносистемы.
5) Методика элементного и химического анализа поверхностей твердых тел методом фотоэлектронной спектроскопии остовных уровней
Фотоэлектронная спектроскопия позволяет определять энергии связи остовных уровней в твердом теле. Для каждого элемента существует свой набор энергий остовных уровней (наподобие „отпечатков пальцев“), при этом энергии остовных уровней, соответствующие различным элементам, довольно хорошо энергетически разделены. Данная методика позволяет идентифицировать различные элементы по фотоэлектронным спектрам, т.е. получить информацию об элементном составе изучаемой системы. Определяя энергии пиков в фотоэлектронных спектрах, можно получать информацию не только о том, атомы какого элемента находятся на поверхности твёрдого тела, но и в каком они химическом состоянии. Формирование химической связи между атомами твёрдого тела, сопровождающееся перераспределением электронной плотности, может приводить к изменению энергии связи электронов, что, естественно, будет проявляться и в изменении кинетической энергии фотоэлектронов.
6) Методика растрового ионного профилирования
Изучение распределения элементов по глубине производится с использованием методики растрового ионного профилирования. Суть методики заключается в следующем: исследуемая поверхность поочерёдно травится ионами аргона и исследуется РФЭС. В результате получается набор фотоэлектронных спектров при разном времени травления поверхности. Время травления поверхности определяет толщину удалённого слоя. Калибровка с использованием, например, атомно-силового микроскопа позволяет получить количественную зависимость глубины протравливания от времени.
7) Методика синтеза графена методом химического газофазного осаждения
Данная методика позволяет синтезировать однодоменный графен на поверхностях тонких монокристаллических слоёв никеля и кобальта.
Описание методов/методик с примерами: