Operation of the Angle Resolving Lens on Theta Probe

Význam tématu

Analýza úhlového rozlišení elektronů hraje klíčovou roli při studiu povrchových jevů, difrakčních efektů a chemického složení materiálů. Metoda kombinující energetické a úhlové rozlišení umožňuje detailní zobrazení kinetické energie fotoelektronů a jejich úhlového rozložení, což je zásadní pro aplikace v povrchové analýze, fyzice pevných látek nebo materiálovém výzkumu.

Cíle a přehled studie

Cílem dokumentu je popsat principy a praktickou implementaci úhlově rozlišujícího režimu přenosové čočky v přístroji Thermo Scientific Theta Probe. Studie demonstruje, jak optickou analogií dvou čočkových systémů dosáhnout současného rozlišení energie i úhlu vycházejících elektronů na dvourozměrném detektoru.

Použitá instrumentace

V experimentu byl použit systém Theta Probe vybaven:

• hemisférickým analyzátorem sloužícím zároveň jako energetický filtr a zaostřovací prvek,
• dvěma elektrostatickými čočkami (Lens 1 a Lens 2),
• čtyřkvadrantovou (quadrupólovou) střední čočkou umožňující rozdílné zaostření v rovinách xz a yz,
• dvourozměrným detektorem pro simultánní záznam energie a úhlu.

Použitá metodika

Optický princip spočívá v odděleném zaostření energie a úhlu elektronů:

• V „energetické rovině“ (xz) tvoří Lens 1 a Lens 2 zobrazovací systém, kde se poloha na vstupní štěrbině analyzátoru váže na kinetickou energii elektronů.
• V „úhlové rovině“ (yz) je zaostřovací ohnisková vzdálenost Lens 2 volena rovna vzdálenosti od prvního obrazového roviny k Lens 2, čímž se poloha na štěrbině odvíjí jen od výchozího vyzařovacího úhlu.
• Quadrupólová střední čočka umožňuje nastavit různou ohniskovou vzdálenost v obou rovinách.
• Sledované trajektorie elektronů jsou simulovány pro kombinace rozdílných energií při konstantním úhlu a naopak.

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky ukazují:

• Na detektoru se v jednom směru promítá rozlišení energie a ve druhém úhlové rozlišení s dosahem β až ±30° (pro energetickou rovinou α ≈ ±2,5°).
• Řešení s quadrupólovou čočkou zabezpečuje stabilní obraz v obou rovinách bez vzájemného ovlivnění.
• Hemisférický analyzátor zachovává zrcadlové zobrazení úhlu i v perspektivě výstupní rovině.

Přínosy a praktické využití metody

Úhlově a energeticky rozlišující provoz Theta Probe nabízí:

• Možnost simultánního měření energie a úhlu fotoelektronů, vhodné pro povrchovou difrakci a studium elektronových pásem.
• Vysokou citlivost díky širokému sběrnému úhlu (až 60°) a zvětšení 4× ve vstupní čočce pro minimalizaci výchylky do druhé čočky.
• Aplikace v kvalitativní i kvantitativní analýze tenkých vrstev, oxidů a nanostruktur.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Vylepšení elektrických čoček s dynamickým přizpůsobením zaostření pro ještě širší úhlové rozlišení.
• Integrace s imagingovými detektory s vyšší prostorovým rozlišením a rychlejší akvizicí dat.
• Rozšíření o časově rozlišené měření pro sledování dynamických dějů na povrchu.

Závěr

Implementace úhlové čočky v režimu Theta Probe spojuje výhody energetického a úhlového zobrazování fotoelektronů. Použití quadrupólové čočky umožňuje nezávislé optimalizování ohnisek v obou rovinách, čímž se dosahuje vysoce informativní 2D detekce. Metoda nachází využití v povrchové analýze, studiu difrakčních jevů a charakterizaci moderních materiálů.