Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS)
ups的功函数与费米能级
ups的功函数与费米能级
UPS（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy）是一种实验技术，用于研究材料的电子能级结构和表征材料的电子态密度。
在UPS实验中，使用紫外光照射样品表面，使得样品上的电子被激发到真空能级，然后通过测量这些激发电子的动能来获得关于材料的信息。
在UPS实验中，测量的是电子的动能，即电子从材料表面逸出的能量。
逸出的能量与电子的初始能量之差称为束缚能（binding energy），它是电子在材料中受到束缚时所具有的能量。
束缚能可以用来描述材料中的能级结构和费米能级。
费米能级是一个重要的概念，它描述了在零温下，填充态电子和未填充态电子之间的能量差。
在固体材料中，费米能级决定了电子的运动性质和导电性质。
费米能级以下的能级被填充满，而费米能级以上的能级则是未填充的。
通过UPS实验，可以获取到材料中电子的能级分布情况，从而了解材料的电子态密度。
电子态密度描述了单位能量范围内的电子态数目，它可以用来研究材料的能带结构、电子态分布以及电子的输运性质。
总之，UPS实验通过测量电子的动能来研究材料的电子能级结构和电子态密度。
束缚能和费米能级是在UPS实验中获得的重要参数，它们描述了材料中电子的能级分布情况和填充态电子与未填充态电子之间的能量差。
这些参数对于理解材料的电子性质和导电性质非常重要。
Ultraviolet photoemission spectroscopy
Instrumentation
UV source
In UPS, a He discharge lamp is usually used to generate He I (21.2 eV) and He II (40.8 eV) emissions.
Discharge chamber High tension
UV source Synchrotron radiation
Principles UV Photoemission analysis
Angle-integrated UPS Angle-resolved UPS
Nomenclature
Nomenclature
• X-ray photoelectron spectroscopy, XPS is also known as “Electron Spectroscopy for Chemical Analysis (ESCA) 化学分析用电子能谱”. • Actually, it belongs to a family of Photoemission Spectroscopy (PES) 电子 能谱, in which a photon source is used to excite a sample surface, the energy of those electrons ejected after the photoemission process (photoelectrons) are detected and analyzed. Specifically, if x-ray is used as the photon source, the technique is named as “X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)”. • If UV source is used instead, the technique is called the “Ultraviolet Photoemission Spectroscopy (UPS) 紫外光电子能谱” • With the emergence of Synchrotron Radiation同步辐射, tunable photon source can be generated.
兆欧表
兆欧表（又叫摇表、绝缘电阻测试仪、高阻计 ）
是一种简便、 常用的测量高电阻的仪表， 主要用来检
测供电线路、 电机绕组、 电缆、 电器设备等的绝缘电
阻，以保证这些设备、电器和线路工作在正常状态，避
免发生触电伤亡及设备损坏等事故。常见的兆欧表主要
由作为电源的高压手摇发电机和磁电式流比计两部分组
成， 兆欧表的外形与工作原理如图2.22所示。
接地电阻测试仪
接地为防止触电或保护设备的安全,把电力电讯等设备的金属 底盘或外壳接上地线,利用大地作电流回路接地线。
在电力系统中，将设备和用电装置的中性点、外壳或支架 与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。
接地的功用除了将一些无用的电流或是噪声干扰导入 大地外，最大功用为保护使用者不被电击。
测量接地电阻的 意义就在于有效防止设备绝缘损坏造成的 跨步电压造成人员伤害或设备的进一步损坏。
4、静态开关： 静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个 可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开 由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。转换型开关主 要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的 自动切换；并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。
UPS的特点： UPS较之柴油发电机组，具有体积小、效率高、无噪声振动 、维护费用低、可靠性高等优点，但容量相对较小，主要用于电 子计算机中心、工业自动化控制中心等重要场所。
兆欧表的测量机构示意图如图2.22所示。 它有两 个可动线圈， 两个线圈成一定角度固定在轴上， 固定 部分是永久磁铁。 当线圈通以电流时， 两个线圈受电 磁力作用产生的力矩相反， 一个是转动力矩， 一个是 反作用力矩， 平衡时， 两力矩相等。 可以证明， 指 针的偏转与两电流的比值成正比， 即α=K(I1/I2)， 所 以该测量机构称为比率计。
什么是UPS
什么是UPS?公布时间：2017-6-314:45:00 来源：UPS作为英文缩写有许多含义，电脑UPS的中文意思为“不间断电源”，是英语“UninterruptiblePowerSupply”的缩写。
UPS〔UnitedParcelService〕是起源于1907年在美国西雅图成立的一家信差公司。
UPS 〔UltravioletPhotoelectronSpectroscopy〕是指采纳真空紫外源作为激发源，激发分子或原子的价层电子电离，收集激发电离电子得到光电子能谱。
UPS是universitéparis-sud〔南巴黎大学，巴黎第十一大学〕的简称UPS〔紫外光电子能谱〕UPS的英文全称为UltravioletPhotoelectronSpectroscopy。
采纳真空紫外源作为激发源，激发分子或原子的价层电子电离，收集激发电离电子得到光电子能谱。
激发源常用稀有气体的共振线如HeI、HeII。
它的单色性好，分辨率高。
可用于分析样品外壳层轨道结构、能带结构、空态分布和表面态，以及离子的振动结构、自旋分裂、John-Teller 分裂等方面的信息。
UPS〔不间断电源〕UPS的中文意思为“不间断电源”，是英语“UninterruptiblePowerSupply”的缩写，它能够保障计算机系统在UPS电源整体解决方案停电之后接着工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致因停电而妨碍工作或丢失数据。
它在计算机系统和网络应用中，要紧起到两个作用：一是应急使用，防止忽然断电而妨碍正常工作，给计算机造成损害；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源。
UPS目前分为在线式和后备式等，目前，主流的UPS厂商为台湾艾普斯,厦门科华、EAST〔易事特〕、深圳山特、东莞优玛电气UMART、APC、伊顿、爱默生等，都提供各种级别的UPS满足不同用户群的需要。
材料科学XPSAESUPSEDS四大能谱分析介绍
材料科学XPSAESUPSEDS四大能谱分析介绍材料科学中，能谱分析是一种重要的表征材料物理和化学性质的技术手段。
其中，XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy)、AES (Auger Electron Spectroscopy)、UPS (Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)和EDS (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 是四种常用的能谱分析方法。
XPS是一种基于X射线光电子原理的表征表面化学组成和电子状态的非接触性表征技术。
它能够通过测量材料中被激发的光电子能谱，来确定不同元素的电荷状态以及表面化学成分的定性和定量信息。
XPS的原理是将材料表面暴露在真空中，利用X射线照射样品，激发材料表面的光电子，通过测量光电子的能量和强度，来分析表面化学成分和电子结构。
XPS常用于材料的复合表征、表面与界面的分析和催化剂的研究等领域。
AES是一种利用材料中的能级跃迁（Auger跃迁）来表征元素化学组成和表面分析性质的方法。
它的原理是在真空中利用电子束轰击样品的表面，使得深层壳层的电子被激发，产生能级跃迁。
在跃迁过程中，样品会放出一个能量相对较低的本征电子，被称为Auger电子。
通过测量这些Auger电子的能量和强度，可以定性和定量分析样品中元素的组成。
AES常用于金属表面的化学分析和合金表征等领域。
UPS是一种利用紫外光激发样品表面电子，研究和表征电子能级和电子结构的方法。
它的原理是使用高能量的紫外光照射样品，激发样品表面的电子跃迁到真空能级，然后测量这些逃逸电子的能谱。
通过分析这些能谱，可以了解材料的电子结构、带隙、禁带结构和多能级态等特性信息。
UPS常用于半导体、电介质、有机材料以及光催化等领域。
EDS是一种使用X射线能谱检测样品中特定元素的存在和元素含量的方法。
它的原理是将能量较高的电子束轰击样品，样品中的原子会被激发产生X射线。
紫外光电子能谱(UPS)_俄歇电子能谱(AES)
UPS 测量电离电位
Ek = h EB Er Ev Et EB +Er + Ev + Et = h Ek
对于气态样品来说，测得的电离电位相应于分子轨道的 能量。分子轨道的能量的大小和顺序对于解释分子结构、 研究化学反应是重要的。
在量子化学方面，紫外光电子能谱对于分子轨道能量的 测量已经成为各种分子轨道理论计算的有力的验证依据。
Ar分子中电子的电离能
因为Ar分子最外层是封闭 价电子壳层为P6。当一个 电子被激发后，外壳层变 为P5。由自旋角动量和轨 道 角 动 量 耦 合 有 2P3/2 和 2P1/2，在光电子能谱图上
表现为两个锐峰。
AES的基本原理
1.俄歇效应(Auger Effect)
处于基态的原子若用光子 或电子冲击激发使内层电 子电离后，就在原子的芯 能级上产生一个空穴。这 一芯空穴导致外壳层 的收缩。这种情形从能量 上看是不稳定的并发生弛 豫，K空穴被高能态L1的 一个电子填充，剩余的能 量( )用于释放一个 电子，即俄歇电子。
➢ 吸附过程是一个复杂的过程，表面发射电子与体相发射电子 的干涉加剧了问题的复杂性。为了处理方便，常做如下假设：
吸附物质对光电发射谱的贡献只反映表面上或吸附物质上的 局部态密度；
光电发射谱线强度决定于初态密度。实验上为区别光电子谱 中吸附物质的贡献，常采用差值曲线法。即分别取清洁表面 及吸附物质表面的扫描谱，取其差值，其中正贡献来自吸附 物质发射，负贡献则归因于基底对发射的抑制作用。
Ar的He I光电子能谱图
N2分子的电离能
X射线光电子能谱分析
一、X射线光电子能谱的测量原理X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy，简称XPS）也就是化学分析用电子能谱（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis，简称ESCA），它是目前最广泛应用的表面分析方法之一，主要用于成分和化学态的分析。
用单色的X射线照射样品，具有一定能量的入射光子同样品原子相互作用，光致电离产生了光电子，这些光电子从产生之处输运到表面，然后克服逸出功而发射，这就是X射线光电子发射的三步过程。
用能量分析器分析光电子的动能，得到的就是x射线光电子能谱。
根据测得的光电子动能可以确定表面存在什么元素以及该元素原子所处的化学状态，这就是x射线光电子谱的定性分析。
根据具有某种能量的光电子数量，便可知道某种元素在表面的含量，这就是x射线光电子谱的定量分析。
为什么得到的是表面信息呢？这是因为：光电子发射过程的后两步，与俄歇电子从产生处输运到表面然后克服逸出功而发射出去的过程是完全一样的，只有深度极浅范围内产生的光电子，才能够能量无损地输运到表面，用来进行分析的光电子能量范围与俄歇电子能量范围大致相同。
所以和俄歇谱一样，从X射线光电子谱得到的也是表面的信息，信息深度与俄歇谱相同。
如果用离子束溅射剥蚀表面，用X射线光电子谱进行分析，两者交替进行，还可得到元素及其化学状态的深度分布，这就是深度剖面分析。
X射线电子能谱仪、俄歇谱仪和二次离子谱仪是三种最重要的表面成分分析仪器。
X射线光电子能谱仪的最大特色是可以获得丰富的化学信息，三者相比，它对样品的损伤是最轻微的，定量也是最好的。
它的缺点是由于X射线不易聚焦，因而照射面积大，不适于微区分析。
不过近年来这方面已取得一定进展，分析者已可用约100 μm直径的小面积进行分析。
最近英国VG公司制成可成像的X射线光电子谱仪，称为“ESCASCOPE”，除了可以得到ES-CA谱外，还可得到ESCA像，其空间分辨率可达到10μm，被认为是表面分析技术的一项重要突破。
ups homo能级 -回复
ups homo能级-回复什么是UPS和Homo能级？UPS（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，紫外光电子能谱）是一种常用于研究材料表面电子态的实验方法。
通过利用紫外光照射样品，测量样品中被激发的电子的动能，可以得到关于材料的电子能级结构、分子轨道和化学键等信息。
Homo能级是分子中最高占据的电子能级，全名是Highest Occupied Molecular Orbital（最高占据分子轨道）。
Homo能级对于理解分子的化学性质、反应活性以及电子转移等过程非常重要。
下面，我们来一步一步回答关于UPS和Homo能级的相关问题。
第一步：UPS是如何工作的？在UPS实验中，首先需要用紫外光照射样品（通常是气相或固相），通过光电效应将部分电子从样品中排出，并测量其动能。
紫外光的能量可以调整，从而可以得到不同能级的信息。
接下来，测量仪器会收集被排出的电子，通过测量电子的动能和强度，可以绘制出紫外光电子能谱图。
在这个图谱中，横坐标表示电子的动能，纵坐标表示电子的强度。
第二步：如何从UPS谱图中得到Homo能级信息？在UPS谱图中，我们可以观察到一条高峰，该高峰对应于最高占据的电子能级（Homo能级）。
Homo能级的动能值可以通过谱图中高峰的位置确定，它对应于被光子从样品中激发出的电子的最高动能。
通常情况下，Homo能级的峰值位于能量轴的低能端。
第三步：Homo能级的意义和应用Homo能级是分子中最高占据的电子能级，具有以下重要意义和应用：1. 反应活性：Homo能级可以为我们解释分子的反应活性差异。
较高的Homo能级通常表示较高的反应活性，因为它更容易与其他物质中的电子进行反应。
2. 氧化还原反应：Homo能级的差异可以解释氧化还原反应。
在氧化反应中，电子从Homo能级转移到分子轨道较低的Unoccupied Molecular Orbital（非占据分子轨道）；而在还原反应中，电子从其他物质的Unoccupied Molecular Orbital转移到分子的Homo能级。
材料表面的电子结构分析
材料表面的电子结构分析随着物理、材料科学的不断发展，表面电子结构分析技术在材料科学研究中的作用日益凸显。
表面电子结构分析能够深入揭示材料表面的结构和性质，探索材料光学、电子、热学性质等的规律，为新材料的合成、生产、应用提供重要的参考。
一、表面电子结构分析技术1. XPS（X-ray Photoelectron Spectroscopy）XPS是研究表面电子结构的有力工具，也是现代表面材料分析技术的前沿。
XPS是一种基于X光子促使材料表面电子发射而获得信息的新型表面分析技术，它可以用来研究材料表面的化学状态和电子结构等信息。
由于它具有优秀的表征表面化学组成与性质的性能，因此在国际上的研究领域和工业应用上已经得到了广泛的应用。
2. UPS（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy）UPS是一种高分辨率的电子能级谱法，能够研究样品表面的电子结构、化学键和禁带结构等特性。
该技术通过将波长为1至200纳米的紫外线辐照到材料表面上，获得材料表面电子能谱分布和能级结构的信息。
3. AES（Auger Electron Spectroscopy）AES是一种基于材料表面电子的离子组合的表面化学分析技术。
它通过测量材料表面被激发出的能量，获得材料表面的化学成分和结构信息。
4. LEED（Low Energy Electron Diffraction）LEED是用于研究晶体表面结构的表面分析技术。
它是通过测量总能量为几电子伏的电子经过样品表面后的散射方向和强度来研究晶体表面结构。
LEED既可以表征杂质在晶体表面上的分布，还可以帮助研究晶体表面各种被扭曲的表面衍射图样的特性。
二、表面电子结构分析的实际应用材料的表面性质与表面的电子结构密切相关。
表面电子结构分析技术已被广泛应用于材料的制备、研究和应用。
以下是几个实际应用的案例：1. 金属薄膜的表面修饰目前，金属表面修饰是金属表面化学的重要研究领域。
紫外光电子能谱(UPS)的原理及应用
紫外光电子能谱（UPS）的原理及应用光电子能谱技术自二十世纪六十年代迅速发展起来，并成为研究固体材料表面态的最重要和有效的分析技术之一，主要包括X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，简称XPS）和紫外光电子能谱（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，简称UPS）两个分支体系。
Tunner 等人所发展的紫外光电子能谱，它的激发源在属于真空紫外能量范围，可以在高能量分辨率（10~20meV)水平上探测价层电子能级的亚结构和分子振动能级的精细结构，是研究材料价电子结构的有效方法。
1.紫外光电子能谱的测量原理UPS测量的基本原理与XPS相同，都是基于爱因斯坦光电定律。
对于自由分子和原子，遵循EK=hn-EB-Φsp，其中，hn为入射光子能量（已知值），EK为光电过程中发射的光电子的动能（测量值），EB为内层或价层束缚电子的结合能（计算值），Φsp 为谱仪的逸出功（已知值，通常在4eV左右）。
但是所用激发源的能量远远小于X光，因此，光激发电子仅来自于非常浅的样品表面（~10Å），反映的是原子费米能级附近的电子即价层电子相互作用的信息。
图1 光电子能谱测量原理图2.紫外光电子能谱的装置一般用于UPS测试的理想的激发源应能产生单色的辐射线且具有一定的强度，常采用惰性气体放电灯（如He共振灯），其在超高真空环境下（约10-8mbar）通过直流放电或微波放电使惰性气体电离，产生带有特征性的橘色的等离子体，主要包含HeI 共振线（波长为584Å，光子能量为21.22eV）和HeII共振线（波长为304Å，光子能量为40.8eV），其中，HeI线的单色性好（自然线宽约5meV），强度高，连续本底低，是目前常用的激发源。
图2 用于UPS的He共振线光子能量及强度3．紫外光电子能谱的分析方法紫外光电子能谱通过测量价层电子的能量分布从中获得有关价电子结构的各种信息，包括材料的价带谱、逸出功、VB/HOMO位置以及态密度分布等。
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D( E, k ) ( E, k )
for UV light is very small between 5 to 20 Å Surface sensitivity
The third step
The conservation of wave vector parallel:
For the wave vector perpendicular to surface:
Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS)
UV light ( hn = 5 to 100 eV) to excite photoelectron. From an analysis of the kinetic energy and angular distribution of the photoelectrons, information on the electronic structure (band structure) of the material under investigation can be extracted with surface sensitivity.
The transition happened between two states with nearly unchanged k. The perturbation can be described by dipole approximation:
Only electrons with k 0 can go out of surface to be detected. Question: why two states with nearly unchanged k? Hint: compare k of electron in the solid and k of UV photon.
The second step
Only electrons with k 0 can go out of surface to be detected, for the selected energy E by the analyzer the intensity is:
Where mfi is the matrix element for the transistion between two states and f(Ei) is density of states. These electrons, however, in the second step will undergoes various scattering processes including inelastic ones, which make them lose energy and also gives secondary electrons. The mean free path length can be used to describe the transpel
Less accurate but simpler and more instructive
Full quantum-mechanical Accurate but difficult
Photoemission (UPS) theory
At certain direction (determined by q and f) the wave vector of emitted electrons (free electrons into the vacuum) with kinetic energy Ekin is:
Can determine density of States D(Ei) (occupied)
Angular Resolved UPS (ARUPS)
The light incidence angle and polarization and, the plane of incidence (with respect to the surface, crystal lattice) determine the A for the excitation process. UPS spectra also have strong angular dependence for the excited electron, which can give information about band structure in the k space.
There are also energy conservation:
While
Ekin f EB
We can get information about k||, however, it is still hard to get k !!
To determine
k
Basically if you know E(k) and k||, then you should be able to determine from the energy conservation. But it is really not easy, simple way is to k assume a “free electron parabola’ for the final states: m* is the effective mass of the electron and with inner potential V0, there is:
Kex = (2mEkin/h)1/2
How to determine its origin in the solid?
The first step
The optical excitation of an electron in the first step is simply described by “golden rule”