固體表面上的原子由於其一面的化學鍵被切斷，具有多餘的未成鍵的電子。表面上原子的這種未飽和的鍵合力叫做懸鍵。這種表面局域的電子態叫做電子表面態。
基本介紹
- 中文名：電子表面態
- 外文名：Electronic surface state
- 作用：作用於表面吸附和表面反應
- 影響因素：表面結構和組成
簡介,電荷分布,電子表面態的研究方法,
簡介
固體表面的原子結構與體相的原子結構明顯不同，繼而具有特有的熱力學性質。固體中每個相同的原子都給出同樣數目的電子和鄰近的原子形成化學鍵，從而使固體中的原子結合在一起。但是固體表面上的原子由於其一面的化學鍵被切斷，因而具有多餘的未成鍵的電子。表面上原子的這種未飽和的鍵合力叫做懸鍵（danglingbonds）。這種表面局域的電子態叫做電子表面態，其在表面吸附和表面反應中起著重要的作用。
電荷分布
電子表面態中的電荷密度分布依賴於表面結構和組成。金屬、半導體和離子晶體的表面電子密度分布各不相同。金屬體相內的自由電子密度很大，和體相原子密度一樣多，即使把金屬表面上的電子（相當於體相原子數的2/3次方， 約為1015e/cm2）全部移去，其表面電子仍可由鄰近表面的原子給予補充。因此，金屬表面的自由載流子密度很大。而半導體和絕緣體體相內自由電子的密度為104~ 1017/cm3，表面上的更少，如要從表面上移去1015e/cm2電子，就需要從表面下方大約105原子層里輸出電子予以補償，也就是說，會由此影響到表面約1μm厚度層里的電荷分布，從而改變了表面空間電荷層的結構。這對於表面吸附和表面化學反應起著重要的作用。半導體表面態的發現和研究， 推動了現代表面實驗技術和表面電子理論的發展。
電子表面態的研究方法
利用紫外光輻射或低能電子（≤100eV） 激發固體表面時，可以測定電子表面態中的電子結合能、電子密度和表面電漿共振頻率等。用紫外光照射時，具有一定能量的電子從表面態以及從費米能級以下的能級被激發出來。對這些發射出來的電子進行能量分析， 可得到表面各種狀態中電子的能量分布和密度值。當用低能電子束激發表面時，要把表面上不同結合狀態中的電子激發發射出來，入射電子束就必須損失相應的能量，對入射電子經過散射後的電子束進行能量分析（即所謂電子能量損失譜），也可獲得表面各種狀態中電子的各種信息。上述紫外電子能譜及電子能量損失譜，特別適用於測定固體表面態電子的密度和能量分布。
電子能量損失譜還能反映出表面原子的化學狀態, 如無序、有序、氧化膜吸附某種氣體等。紫外光電子能譜和電子能量損失譜的一個最重要的套用就是用於監測固體表面吸附過程中電子表面態的能量和密度的變化。
此外，還可由內層電子的發射和複合來研究表面的電子結構。當用高能電子束（1 000~ 10 000eV） 或高能電磁輻射（X射線）去撞擊固體表面時，不僅能引起價電子發射，更主要的是將內層電子激發出來。內層電子發射叫做光電子發射，根據入射電子束或X射線的能量和發射電子的能量分析，可得到各個原子能級的電子的結合能。另外還有一種二次電子發射過程，例如俄歇（Auger）電子躍遷，它是指的當一個內層電子被入射電子所激發除去後，留下的空穴又立即被較外層電子所填補，這個填空電子躍遷所釋放出的能量傳遞給某一層上的另一個電子，並將它激發到真空中，對這個被激發出來的電子進行能量分析，便可以求出參與俄歇電子躍遷過程的各個能級的電子結合能之差。俄歇電子能譜和光電子能譜在測定表面的化學組成和表面原子的氧化態方面起著重要的作用，也可以用來測定表面吸附質上的電荷遷移以及表面上原子價態的變化。
