E58 · 表面谱显微

PEEM：阈值与磁畴

PEEM 能把磁衬度和照明不均造成的明暗分开吗？ 校正好入射通量就能分开。一块区域发亮，也可能是成分或功函数不同造成的。每张图按监测到的通量归一化后，再拿左旋、右旋圆偏振光各拍一张来比：衬度跟着偏振一起反转，才是磁衬度。

照亮一块合成表面的整个视场，比较紫外功函数阈值、吸收谱，以及两种相反螺旋度拍出的图像。从存下的图像堆叠里提取区域谱，先校正入射通量，再解读磁性对比。

所选区域记录计数 $\text{—}$

所选区域螺旋度不对称 $\text{—}$

条件计数标准误 $\text{—}$

负 / 正通量监视器比 $\text{—}$

更多测量与实验目标

当前对比 $\text{—}$

所选光子能量 $\text{—}$

所选区域像素数 $\text{—}$

两种螺旋度堆叠总曝光 $\text{—}$

实验目标 $\text{—}$

预设为模拟示例；各图标题注明数据来源。

更多示例

对比模式：1 紫外，2 吸收，3 磁圆二色

3

负 / 正螺旋度入射通量比

1.5

使用入射监视器：0 关，1 开

0

磁化与光子投影夹角

\alpha

0\,\mathrm{^\circ}

进阶设置

存储 X 射线光子能量

h\nu

707.8\,\mathrm{eV}

存储紫外光子能量

h\nu_{UV}

4.7\,\mathrm{eV}

每能量与螺旋度曝光

t

0.4\,\mathrm{s}

假定图像半高全宽

w

0.18\,\mathrm{\mu m}

负螺旋度图像位移

\delta x

0\,\mathrm{\mu m}

存储区域中心：横向

x_s

-1.5\,\mathrm{\mu m}

存储区域中心：纵向

y_s

1.5\,\mathrm{\mu m}

存储区域半径

r_s

0.6\,\mathrm{\mu m}

学习目标与模型边界

先预测，再挑出能回答问题的信号

PEEM 能把磁衬度和照明不均造成的明暗分开吗？

目标：在相 A 共振处，用磁圆二色模式并做监视器归一化。选左上的畴，区域不要跨过畴边界。图像位移不超过 0.05 微米，图像线宽不超过 0.3 微米，区域计数超过 1,000，计数误差低于 0.035。让磁化方向与光子投影对齐。通量校正修不好漂移。

模型假设

这是紫外 PEEM 和次级电子产额 XAS / XMCD-PEEM 的教学模型，阴极像中继按理想的 18 keV 处理。本实验不做能量过滤的芯能级 XPS。8 微米见方的表面有两个假定的吸收共振和功函数，还有两种方向相反的磁性投影。两相共有一条收集产额亮带，用来模拟形貌带来的亮度。紫外产额按零温二次阈值规律计算；X 射线谱是假定的高斯共振，不是算出来的原子截面。两种螺旋度的图像堆叠都先做空间高斯模糊，再抽样得到探测计数；通量监视器读数是精确的教学值。负螺旋度图像一漂移，两张图就对不齐。换选区或换归一化，都沿用已存的计数。不对称图里的灰色像素，加权计数少于五。每张图像各用一套对数色标，不对称图用线性色标。0.2 微米的像素限制了空间采样。模型不求解静电场，不做材料校准，不考虑损伤和空间电荷，也不重建磁性矢量。

物理教程

PEEM：阈值与磁畴

背景光同时照亮一块合成表面的整个视场。你要比较紫外功函数阈值、吸收谱和两种相反螺旋度的图像，从存下的图像堆叠里提取区域谱，并且在解读磁性对比之前，先校正入射通量。

为什么值得理解任务是测出一个磁畴的磁性对比：在相 A 共振处用磁圆二色模式，打开监视器归一化，选区放在左上畴里，不能跨过边界。图像位移不超过 0.05 微米，图像线宽不超过 0.3 微米，区域计数超过 1,000，计数误差低于 0.035。磁化方向要对准光子投影。通量校正修不了漂移。

先抓重点

核心问题: PEEM 能把磁衬度和照明不均造成的明暗分开吗？
一句话直觉: 化学对比、阈值对比和磁性对比，各自取决于不同的实验条件。先校正通量、看局部谱，再判断亮区是怎么来的。

核心数学模型

紫外阈值附近的产额

Y_{UV}\propto(h\nu-\Phi)_+^2

这里假定零温、靠近阈值。图像亮度还取决于电子收集得好不好。

按通量监视器归一化的强度

I_\pm=\frac{C_\pm}{F_\pm}

计数除以入射曝光，消掉了通量不等的影响；两张图的计数精度却仍然不一样。

两种螺旋度的不对称

A=\frac{I_+-I_-}{I_++I_-}

在假定的响应下，这个比值测的是沿光束投影方向的二色性，得不出完整的磁性矢量。

常见难点

亮度要靠模型解读

容易误解哪里亮，一看就知道是什么让它亮。

正确理解化学对比、阈值对比和磁性对比，各自取决于不同的实验条件。先校正通量、检查局部谱，再给亮区找物理原因。

动手实验

01
预测假对比
先看通量不等预设，再打开监视器归一化。
你会看到： 照明不均会让原始比值整体偏移；归一化之后，上下两个磁畴重新显出相反符号。
02
区分化学成分和阈值
比较吸收预设和紫外预设，把选区移过化学边界。
你会看到： 两相的共振位置不同，发射阈值也不同。两相共有的那条亮带，不是化学浓度图。
03
检验磁性解释
检查目标之前，先试试低计数、漂移和垂直磁性投影。
你会看到： 噪声、图像错位，或者磁化在光束上的投影太小，都会让目标失败。