Espectroscopia electrónica de pérdidas de energía

Comúnmente llamada EELS por sus siglas en inglés (Electron Energy-Loss Spectroscopy), la espectroscopia electrónica de pérdidas de energía es una técnica de caracterización de materiales que estudia el movimiento vibracional de átomos y moléculas en y cerca de la superficie, mediante el análisis del espectro de energía de electrones de baja energía que inciden en y luego son esparcidos desde dicha superficie.

Electron: se incide con electrones

Energy-Loss: se miden pérdidas de energía

Spectroscopy: es una espectroscopia electrónica y vibracional

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Historia y desarrollo de la técnica

La técnica EELS fue originalmente propuesta y demostrada por Hillier y Baker^[1]

EELS fue la primera técnica espectroscópica vibracional [1] con posibilidades de barrer de una sola vez y con rapidez la región del infrarrojo (IR).

Hasta entonces los métodos IR como RAIRS (Reflection-Absorption IR Spectroscopy) para estudiar capas adsorbidas[[2]] en superficies metálicas eran los más utilizados. Sólo se podían estudiar moléculas con momento dipolar químico grande como CO, NO, etc.

REELS (Reflection Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Una de las modalidades de la espectroscopia EELS es la espectroscopia de pérdidas de energía de electrones reflejados o REELS, que es la técnica mediante la cual una muestra es bombardeada con un haz de electrones de baja energía (E₀ < 10 eV), con el fin de medir la distribución de energía de de los electrones reflejados.
Dicha distribución contiene información correspondiente a pérdidas discretas de energía de estos electrones reflejados debido a la excitación de estados vibracionales y plasmones. Provee información del tipo y la estructura geométrica de los compuestos en la superficie de la muestra, así como la posibilidad de estudiar las propiedades ópticas del material al obtener un cálculo de la densidad electrónica y la función dieléctrica (incluyendo el índice de refracción) mediante un análisis del espectro obtenido.

Mecanismos y principio físico

EELS se desarrolló gracias a experimentos de esparcimiento (dispersión) de electrones en fase gas que al incidir sobre ciertas muestras permitían medir o conocer los estados electrónicos dentro de las moléculas.

Proceso:
Los electrones con energía de entre 0.1 keV y 10 keV inciden a través de una delgada capa del material de interés.
(Interactúan con los campos eléctricos superficiales producidos por las moléculas de los adsorbatos y los átomos del sustrato.)
Los electrones detectan los dipolos oscilantes presentes en la superficie. Dichos dipolos se deben a modos de vibración de los adsorbatos moleculares presentes.
(Los dipolos contribuyen (orientación normal) o contrarrestan (orientación paralela) los efectos dipolares en el vacío que se tenga sobre la superficie.)
También se detectan los enlaces de quimisorción con la superficie. Más aún, los fonones[[3]] en la superficie de sustratos semiconductores (no metálicos) interactúan directamente con el haz de electrones.
A altas energías, el haz transmitido contiene electrones dispersados inelásticamente cuya energía ha sido disminuida en cantidades correspondientes a la frecuencia de absorción característica del sólido.
A energías menores, el haz reflejado es monitoreado buscando las mismas transiciones.
Los electrones sufren colisiones inelásticas.
Las energías con las que salen los electrones reflejados nos hablan de la composición y características de la muestra.

Referencias

1. Hillier, J and Baker, R.F. (Septiembre de 1944). "Microanalysis by means of electrons". J. Appl. Phys. 15 (9): 663-675.

Véase también

• Espectroscopia
• Electron Energy Loss Spectroscopy (en inglés)

Enlaces externos

• Espectroscopia vibracional
• A Database of EELS fine structure fingerprints at Cornell (en inglés)
• The EELS DataBase (en inglés)