基於反射電子能量損失譜方法獲取材料的光學常數研究

《基於反射電子能量損失譜方法獲取材料的光學常數研究》是依託中國科學技術大學，由丁澤軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於反射電子能量損失譜方法獲取材料的光學常數研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：丁澤軍
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

本項課題研究基於反射電子能量損失譜（REELS）測量固體和超薄膜材料光學常數的新方法。材料的光學常數是其基本物性參數，決定了材料的光電性能，因而它的成功獲取對基礎研究和新材料的開發套用都有著極其重要的意義。傳統的光學測量方法對於納米薄膜材料有局限性，課題組近期已經獨創了一種用於從反射電子能量損失譜獲得材料光學數據的逆蒙特卡洛算法，使得通過表面電子能譜的測量方法成為一條普適可行的途徑。該方法的基本原理是基於實驗測量固體材料表面的反射電子能量損失譜數據，然後再結合逆蒙特卡洛算法進行理論模擬譜計算。理論模擬中可以準確考慮到影響電子能譜的各種物理因素（彈性散射、表面激發、多重散射、薄膜參數），通過反覆疊代從而最終反演得到樣品的光學數據。我們將進一步發展套用於納米薄膜的方法，測量若干金屬和半導體塊材和超薄膜的反射電子能量損失譜，獲得其光學常數，為建立表面電子能譜測量的光學常數資料庫打下基礎。

結題摘要

本項課題重點研究基於反射電子能量損失譜測量固體和超薄膜材料光學常數的新方法。材料的光學常數是其物質基本物性參數，決定了材料的光電性能，因而它的成功獲取對基礎研究和新材料的開發套用都有著極其重要的意義。我們在前期發展了一種用於從反射電子能量損失譜獲得材料光學數據的逆蒙特卡洛算法，使得通過表面電子能譜的測量方法成為一條普適可行的途徑。該方法的基本原理是基於實驗測量固體材料表面的反射電子能量損失譜數據，然後再結合逆蒙特卡洛算法進行理論模擬譜計算。理論模擬中可以準確考慮到影響電子能譜的各種物理因素（彈性散射、表面激發、多重散射、薄膜參數），通過反覆疊代從而最終反演得到樣品的光學數據。我們測量了數種金屬和半導體塊材（包括Si、Ge、Fe、Ir、Ni、Cr、Pd、Co、Sm、Tb、Ge、Gd、Ho、La、Lu、Tm、Yb、U、C等）和石墨烯的反射電子能量損失譜，獲得了其光學常數，為建立表面電子能譜測量的光學常數資料庫打下基礎；我們發展了一種新的動態蒙特卡洛方法用於研究掃描電鏡中的荷電效應，發現了多層耦合正負電荷區域的新奇現象；我們發展了一種基於玻姆軌跡理論的動力學方法以模擬晶體中的電子衍射及電子背散射衍射花樣；我們發展了一種位置依賴的電子能量損失譜學計算模擬方法，研究了金屬顆粒和納米石墨烯的局域表面等離子激元激發模式；我們發展了一種二維材料的電子能譜學表征方法—虛擬襯底法；我們探索了機器學習方法在表面電子能譜學中的套用。除了發表四十餘篇研究論文外，我們還在掃描電鏡相關測量技術方面主持制定了ISO國際標準和國家標準各一項。