Upload
lamthuy
View
221
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Electron Energy-Loss Spectrometry
Walid Hetaba28.10.2016
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Energy loss spectrum
Williams, Carter: Transmission Electron Microscopy, Springer 2009
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Energy loss spectrum
Williams, Carter: Transmission Electron Microscopy, Springer 2009
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Ti L2,3-edge O K-edge
NiO, WIEN2k TiO2, exp.
Hetaba et al., PRB 85 (2012), 205108
Energy loss near edge spectrum
ELNES
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Schrödinger equation:
Formalism
Bra-Ket formalism:
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Double differential scattering cross-section
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Double differential scattering cross-section
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Double differential scattering cross-section
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Double differential scattering cross-section
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Double differential scattering cross-section
Dynamic form factor (DFF)
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Demtröder, Experimentalphysik 3, Springer 2010
Interferometric EELS (the mixed DFF)
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Nelhiebel, PhD thesis, 1999Demtröder, Experimentalphysik 3, Springer 2010
Kohl & Rose, 1985
Interferometric EELS (the mixed DFF)
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Nelhiebel, PhD thesis, 1999Demtröder, Experimentalphysik 3, Springer 2010
Kohl & Rose, 1985
Interferometric EELS (the mixed DFF)
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Nelhiebel, PhD thesis, 1999Demtröder, Experimentalphysik 3, Springer 2010
Kohl & Rose, 1985
Interferometric EELS (the mixed DFF)
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
The MDFF for crystals
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
The MDFF for crystals
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Experimental realisation
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Relative quantification: Elem. Atomic ratio (/Ti) Percent content N 0.80 ± 0.113 44.34 Ti 1.00 ± 0.000 55.66
Experimental spectra
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Relative quantification: Elem. Atomic ratio (/Ti) Percent content N 0.47 ± 0.067 32.01 Ti 1.00 ± 0.000 67.99
Experimental spectra
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Experimental spectra
Differences in fine structure: different electronic structure
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Payne et al., Rev. Mod. Phys. 64, 1045 (1992)
Calculate starting density from atomic densities:
Calculate potential from density
Solve Kohn-Sham equation:
Calculate density from gained wave functions:
New density = old density?
Input: Unit cell with atomic positions
no
yes
WIEN2k simulation
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Payne et al., Rev. Mod. Phys. 64, 1045 (1992)
Calculate starting density from atomic densities:
Calculate potential from density
Solve Kohn-Sham equation:
Calculate density from gained wave functions:
New density = old density?
Input: Unit cell with atomic positions
no
yes
WIEN2k simulation
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
TELNES – calculation of spectra
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
θ
k1k0
q
Effects of anisotropy
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
θ
k1k0
q
Effects of anisotropy
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
θ
k1k0
q
Hébert-Souche et al., UM 83 (2000), 9-16
Effects of anisotropy
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Orientation: c-axis parallel to electron-beam
Anisotropy – experiment 1
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Orientation: c-axis perpendicular to electron-beam
Anisotropy – experiment 2
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
• EMCD, 2006 • Polarisation vector momentum transfer vector
Energy-loss magnetic chiral dichroism
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
kq‘
EE‘
q
• EMCD, 2006 • Polarisation vector momentum transfer vector
Energy-loss magnetic chiral dichroism
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
• EMCD, 2006 • Polarisation vector momentum transfer vector
Energy-loss magnetic chiral dichroism
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
• EMCD, 2006 • Polarisation vector momentum transfer vector
Energy-loss magnetic chiral dichroism
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
EMCD – example 1
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
EMCD – example 1
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
EMCD – example 2
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Channelling-Formalismus/Sims
ELCE, 1982
Energy losses by channelled electrons
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Channelling-Formalismus/Sims
Krivanek et al., Ultram 9 (1982), 249
ELCE, 1982
Energy losses by channelled electrons
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Incoming wave, scattering, outgoing wave Input: crystal, exp. paramters, scattering model Output: Bloch waves, intensity maps, thickness dependence
Löffler & Schattschneider, Ultram 110 (2010), 831 Hetaba, Diploma-Thesis, 2011
ELCE simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Incoming wave, scattering, outgoing wave Input: crystal, exp. paramters, scattering model Output: Bloch waves, intensity maps, thickness dependence
Löffler & Schattschneider, Ultram 110 (2010), 831 Hetaba, Diploma-Thesis, 2011
ELCE simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Incoming wave, scattering, outgoing wave Input: crystal, exp. paramters, scattering model Output: Bloch waves, intensity maps, thickness dependence
Löffler & Schattschneider, Ultram 110 (2010), 831 Hetaba, Diploma-Thesis, 2011
ELCE simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Incoming wave, scattering, outgoing wave Input: crystal, exp. paramters, scattering model Output: Bloch waves, intensity maps, thickness dependence
Löffler & Schattschneider, Ultram 110 (2010), 831 Hetaba, Diploma-Thesis, 2011
ELCE simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Incoming wave, scattering, outgoing wave Input: crystal, exp. paramters, scattering model Output: Bloch waves, intensity maps, thickness dependence
Löffler & Schattschneider, Ultram 110 (2010), 831 Hetaba, Diploma-Thesis, 2011
ELCE simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Ti
O
OAxis color code: x, y, z
Hetaba, Micron 63 (2014), 15
ELCE experiments & simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Ti
O
OAxis color code: x, y, z
Hetaba, Micron 63 (2014), 15
ELCE experiments & simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Ti
O
OAxis color code: x, y, z
Hetaba, Micron 63 (2014), 15
ELCE experiments & simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Hetaba, Micron 63 (2014), 15
ELCE experiments & simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Hetaba, Micron 63 (2014), 15
ELCE experiments & simulations
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
• EELS comparable to XAS • Available at lower costs • Almost all TEMs have EELS-capability • Usually less energy-resolution but higher spatial resolution
• EELS is a versatile analytical methods • Information about:
• Elemental composition • Thicknes • Electronic structure • Optical properties • Magnetic properties
Summary