E36 · 电子激发

振动 EELS：分辨率与离样品探测

为了看清振动谱，电子源的能量带最多能收多窄？ 窄到散粒噪声盖过信号为止。电子源的狭缝收得越窄，能量分辨率越高，挡掉的电子也越多；电子少到一定程度，微弱的振动峰就淹没在噪声里。在真空中另测一个零损失峰再减掉，能让振动信号露出来，噪声却减不掉。

选好电子源的能量带，采集一条低损失谱和一条单独的真空参考谱，再看两者的计数差。然后把探针移到样品边缘外，比较振动信号和直接打到材料上的电子。

记录窗口净计数 $\text{—}$

计数信噪比 $\text{—}$

高斯等效响应宽度 $\text{—}$

单色器透过比例 $\text{—}$

更多测量与实验目标

透过后样品平面束流 $\text{—}$

所选通道记录样品计数 $\text{—}$

所选通道独立参考计数 $\text{—}$

直接材料入射电子 $\text{—}$

样品加参考采集时间 $\text{—}$

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

选取电子源能量宽度

w

40\,\mathrm{meV}

样品或参考单次曝光

t

1\,\mathrm{s}

几何：0 穿过薄片，1 离样品

g

1

边缘外离样品间距

b

20\,\mathrm{nm}

进阶设置

单色器前束流

I_0

100\,\mathrm{pA}

收集半角

\beta

10\,\mathrm{mrad}

单次曝光内线性能量漂移

\dot E

0.1\,\mathrm{\frac{meV}{s}}

指定振动模温度

T

300\,\mathrm{K}

检查记录能量通道

\Delta E

146\,\mathrm{meV}

学习目标与模型边界

先预测，再用测量检验

为了看清振动谱，电子源的能量带最多能收多窄？

目标：分辨出指定的两个峰，电子源和仪器合起来的等效宽度要低于 15 meV。采用离样品几何，探针停在样品边缘外 10 至 60 纳米；在 105 至 160 meV 窗口里拿到至少 300 个净计数，计数信噪比至少为 8。

模型假设

这是合成的教学谱：束能固定为 60 keV，只有两个振动模；它不鉴定材料，也不计算损伤。矩形狭缝从半高全宽 300 meV 的高斯电子源里截取一段。记录到的响应，由这段截取分布、5 meV 的高斯谱仪响应、4 meV 的本征模宽度，以及线性漂移带来的均匀偏移共同积分得到。显示的分辨率是高斯等效均方根宽度，不是实际非高斯谱线的半高全宽。假定的 120 和 145 meV 两个振动模按 Bose 因子分配损失和增益，它们的绝对截面和收集响应都只是示意。离样品耦合用单一波矢的平面指数包络，不是完整的介电、Bessel 或冲击散射计算。样品和真空参考各自独立曝光，时间相同；两者相减后，两次计数的方差都还在，差值也可能为负。固定种子计数在期望值超过 40 时用正态近似。每次曝光都在能量上居中对齐，不模拟两次曝光之间的漂移失配。记录窗口有限，可能截掉谱尾。理想离样品细束不直接打到材料上，但这不保证安全，也不保证零损伤。模型不含多次散射、原子分辨、衍射、探测器饱和和谱尾失配，也不做经标定的温度拟合。装置里的色散和样品间距都放大了。

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