Effects of the atomic environment on the resonant and non-resonant inner-shell transitions  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
67873
Type K
Principal investigator Kövér, László
Title in Hungarian Az atomi környezet hatása a rezonáns és nem rezonáns belsőhéj átmenetekre
Title in English Effects of the atomic environment on the resonant and non-resonant inner-shell transitions
Keywords in Hungarian rezonáns és nem rezonáns, Auger átmenetek, rugalmas és rugalmatlan, elektronszórás, foton-detektorok
Keywords in English resonant and non-resonant, Auger transitions, elastic and inelastic, electron scattering, photon-detectors
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Physics 1
Department or equivalent Surface physics research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research)
Participants Cserny, István
Egri, Sándor
Kalinka, Gábor
Novák, Mihály
TÓTH, József
Varga, Dezso
Starting date 2007-07-01
Closing date 2012-06-30
Funding (in million HUF) 16.000
FTE (full time equivalent) 22.85
state closed project
Summary in Hungarian
A legbelső atomi héjakon kötött elektronok átmeneteinek tanulmányozása növekvő hangsúlyt kap mind az ezen folyamatok részletesebb megértésében eddig történt előrehaladás, mind az ezen átmenetek megfigyeléséből számos anyagi rendszer lokális elektronszerkezetére kapható információ nagy gyakorlati fontossága miatt. E területen csoportunk is jelentékeny szerephez jutott. Kutatásaink célja annak a tisztázása, hogy mi az atomi környezet hatása a K-héj ionizációs küszöb körüli energiájú fotonokkal keltett (rezonáns), ill. a nem rezonáns gerjesztésű K-Auger átmenetekre, az átmenetek megfigyelésével és modellezésével 3d átmeneti fémek, illetve ötvözeteik és oxidjaik esetében. A rezonáns és nem rezonáns Auger spektrumok összehasonlításával és analízisével, valamint a megfelelő atomi jelenségek és az elektrontranszport modellezésével a spektrumokban tükröződő gerjesztési folyamatokra és a be nem töltött elektronállapotok lokális szerkezetére kaphatunk információt. További célja kutatásainknak az 1-10 keV energiájú elektronok anyagban történő szórási folyamatainak megismerése nagy energiafelbontású elektron-visszaszórási kísérletek és az elektronszórás modellezése révén. Ezek az ismeretek szükségesek az Auger spektrumok értelmezéséhez is, az elektronszórás vizsgálata során meghatározott fizikai mennyiségek fontosak a felületi és határrétegek kémiai analízisében (különösen az eltemetett határrétegek esetében). Fontos alkalmazásként a nagyenergiájú elektronspektrumokból származtatott információ alapján a félvezető foton-detektorok válaszfüggvényének szimulációjára alkalmas modellt és szoftvert fejlesztünk ki.
Summary
Due to the great practical importance of the information on the local electronic structure in various material systems, obtainable from the observations of such phenomena, as well as due to the advances in detailed understanding of these processes, studies of transitions between electrons bound in the innermost atomic shells are gaining an increasing emphasis. In this field a considerable role has been played by our group as well.. The aim of our research is to clarify the effect of the atomic environment on the K-Auger transitions excited resonantly using photons with energies near the K-shell ionization threshold, as well as non-resonantly, observing and modeling these transitions, in the case of 3d transition metals, their alloys and oxides. Comparing the resonant and non-resonant Auger spectra and modeling the respective atomic phenomena and electron transport, information can be derived on the excitation processes reflected in the spectra and on the local structure of the unoccupied electronic states. A further aim of our research is to acquire knowledge on scattering processes of high energy 1-10 keV electrons within the material, from high energy resolution electron backscattering experiments and modeling the electron scattering. Interpreting Auger spectra this information is necessary and the derived physical quantities characterizing electron scattering are important for the quantitative chemical analysis of surfaces and interfaces (especially in the case of buried interfaces). As an important application, on the basis of the information extracted from high energy electron spectra, a model and software is being developed for simulating response functions of semiconductor photon detectors.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kísérleti eredményeinkből meghatároztuk 3d fémek fotonindukált KLL és KLM Auger átmeneteinek energiáit és relatív intenzitásait, a rezonáns fotongerjesztéssel kapott, a lokális elektronszerkezetet tükröző KLL spektrumokat összehasonlítottuk modellszámításainkkal. Elektronkorrelációs szatelliteket azonosítottunk a 3d fémek mért 1s fotoelektronspektrumaiban és modellszámításainkkal értelmeztük az 1s vonalak alakját. NiFe ötvözetek esetében a mért ötvözet-fém Auger paraméter eltolódásokból meghatároztuk az összetevők közötti töltésátadást, kielégítő egyezést kapva modellszámításainkkal. Módszert és programcsomagot fejlesztettünk ki az elektronvisszaszórásos kísérleteinkből kapott elektronspektrumokból a felületi rétegekben zajló elektrontranszportot jellemző fizikai paraméterek és eloszlások meghatározására, ezeket a mennyiségeket kísérleti adatainkból meghatároztuk 3d fémek esetében és alkalmaztuk a mért fotonindukált K-Auger és belsőhéj fotoelektron spektrumaink kiértékelésére és modellezésére. Új elektronszórási jelenséget (felület fölötti szórás) írtunk le, amelyet a kísérleti eredmények igazoltak. Félvezető detektorok töltéstranszport folyamatai leírására, áramjelei meghatározására 3D MC szimulációs modellt dolgoztunk ki, ez a detektorban keltett szabad töltéshordozók mozgását korlátozó folyamatokat a korábbinál részletesebben írja le. A modell érvényét és a programot Si pin fotodióda esetén korábbi kísérleti, ill. MC szimulációs diffúziós és drift adatokkal ellenőriztük.
Results in English
From new experiments the energies and relative intensities of the KLL and KLM Auger transitions photoinduced from 3d metals were determined and the KLL spectra obtained using resonant photoexcitation (reflecting the effects of the local electronic structure) were compared with model calculations. Electron correlátion satellites were identified in all measured 1s photoelectron spectra of 3d metals and the 1s lineshapes were interpreted by model calculations. In the case of NiFe alloys the charge transfer was derived from the measured alloy-metal Auger parameter shifts, in a satisfactory agreement with model calculations. A method and program package were developed for determining the physical parameters and distributions - characterizing the electron transport in surface layers – from spectra of electrons backscattered from 3d metals. These quantities were applied for evaluating and modeling the measured K-Auger and core photoelectron spectra. A new electron scattering phenomenon (super surface scattering) has been described and confirmed by experiments. A 3D MC model to simulate the charge transport and to aid the derivation of current signal in semiconductor radiation detectors was developed. The model describes the processes limiting the movement of free charge carriers in the detectors in more details than other models. The model and the program was tested for Si pin photodiode, its validity was verified by earlier experimental and MC simulated diffusion and drift data.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=67873
Decision
Yes





 

List of publications

  
Novák Mihály: Szilárdtestek felületi rétegeiben zajló elektrontranszport folyamatok modellezése, Debreceni Egyetem Természettudományi Kar, 2008
Novák M; Kövér L; Egri S; Cserny I; Tóth J; Varga D; Drube W: A simple statistical model for quantitative analysis of plasmon structures in XPS and Auger spectra of free-electron-like materials, J Electron Spectrosc Relat Phenom 163: 7-14, 2008
Novák M: Monte Carlo simulation of energy loss of electrons backscattered from solid surfaces, Surface Science 602: 1458-1465, 2008
Kövér L.: Local Electronic Structures from Analyzing and Modeling High-Energy Auger and Photoelectron Spectra of Solids, Advances in Quantum Chemistry 54: 175-191, 2008
Kövér L.: Effective Attenuation Lengths for High (up to 15 keV) Energy Photo- and Auger Electrons in Several Elementary Solids, Journal of Surface Analysis 15: 177-185, 2008
Kövér L.: Surface and Interface Analysis using High Energy Electron Spectroscopy, Journal of Surface Analysis 14: 391-397, 2008
Kövér L.: Studies of electronic structure of solids using spectroscopy of electrons excited by hard X rays (Invited talk), pp 77-84 in Proceedings of 3rd Japan-Hungary Joint Seminar on Physics in Modern Science and Technology, Debrecen-Szeged-Budapest Oct 8-12 2007. Publisher: IIAS (Kyoto), 2008
Kövér L: Electron spectra excited by hard X-rays from solids: parameters characterizing electron transport phenomena, Invited talk, pp 31-32 in Book of Abstracts, 55th IUVSTA Workshop on Electron Transport Parameters Applied in Surface Analysis, Sept 14-17 Siófok, 2008
Novák M: Effects of interference and elastic scattering on electron transport in the near surface region of solids: simulations using different models, pp 35-36 in Book of Abstracts, 55th IUVSTA Workshop on Electron Transport Parameters Applied in Surface Analysis, Sept 14-17 Siófok, 2008
Mukoyama T; Uda M; Kövér L; Berényi Z; Cserny I; Drube W: Evolution of satellite lines, X-ray Spectrometry 38; 138-143, 2009
Salma K; Ding Z J; Zhang Z M; Zhang P; Tőkési K; Varga D; Tóth J: Quantification of surface effects: Monte Carlo simulation of REELS spectra to obtain surface excitation parameter, Surface Science 603; 1236-1243, 2009
Novák M: Local versus nonlocal description of the energy loss of electrons via plasmon excitation backscattering from solid surfaces, Physical Review B 80; 045406-1-7, 2009
Mukoyama T; Uda M; Kövér L: Comparison of models for evolution of X-ray satellite lines, X-ray Spectrometry 38; 406-409, 2009
Kövér L; Cserny I; Drube W; Egri S; Jánosfalvi Zs; Thiess S: Resonant KLL Auger spectra excited from a Mn nanolayer, HASYLAB Annual Report 2009 725-26, 2010
Kövér L: Progress in Spectroscopy of High Energy Electrons and Related Applications, p. 19 in the Technical Program of the IUVSTA Highlight Seminar and Midwest AVS Symposium, April 20-21, Univ. of Illinois, Champaign-Urbana, 2009, Invited talk, 2009
Novák M: Szilárdtestek felületi rétegeiben zajló elektrontranszport folyamatok Monte Carlo szimulációja, Program: Újabb eredmények a kondenzált anyagok fizikájában, az MTA Fizikai Tudományok Osztályának tudományos ülése, Budapest, 2009 máj. 7. Meghívott előadás, 2009
Kövér L: Felületi és határréteg-szerkezetek tanulmányozása nagy (2-15 keV) energiájú elektronok spektroszkópiájával, Program: A szinkrotronsugárzás alkalmazása az anyagtudományban és a kémiai szerkezetkutatásban, tudományos ülésszak (MTA), Budapest, 2008 máj. 7. Meghívott előadás, 2008
Novák M; Egri S; Kövér L; Cserny I; Drube W; Tóth J; Varga D: Extracting information on electronic structure from 1s photoelectron spectra excited by synchrotron radiation from Fe metal, Program: HASYLAB Users' Meeting, 30. 1. 2009, HASYLAB/DESY, Hamburg (poszter), 2009
Novák M: On the role of the effects of interference and elastic scattering in reflection electron energy loss spectra: simulations using different approaches, Journal of Physics D: Applied Physics 42; 225306-10, 2009
Tőkési K; Varga D: Energy distributions in quasi-elastic peak electron spectroscopy, Surface Science 604; 623-626, 2010
Kövér L: X-ray photoelectron spectroscopy using hard X-rays, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 178-179; 241-257, 2010
Kövér L; Cserny I; Csik A; Drube W; Thiess S: AR-HAXPES for determining Effective Attenuation Length of electrons, HASYLAB Annual Report 2010 Vol. 1. 782-3, 2011
Kövér L: Some problems of quantitative applications of high (up to 15 keV) energy x-ray photoelectron spectroscopy, Abstracts (Paper_AS-WeM4, p.119), AVS (American Vacuum Society) 56th International Symposium and Exhibition 2009. San Jose, USA, 8-13 Nov., 2009, 2009
Kövér L: Perspectives for photoelectron spectroscopy of solids using hard X-rays for excitation, Invited talk, Program and Abstracts, p. 57, 4th Yamada Symposium on Advanced Photons and Science Evolution. Osaka, Japan, 14-18 June, 2010, 2010
Novák M: Determination of probability density functions for electron energy loss from measured REELS spectra: Advanced algorithms, their mathematical background and implementation, Book of Abstracts, p. 233, 13th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis. ECASIA 09. Antalya, Turkey, 18-23 Oct., 2009, 2009
Kövér L.: Progress in hard X-ray photoelectron spectroscopy of solids, pp. 142-152 in : Proceedings of the International Conference of the JSPS 141 Committee on Microbeam Analysis. Nagoya, Japan, 30-31 Aug, 2010. Invited talk, 2010
Novák M; Kövér L; Cserny I; Egri S; Tóth J; Varga D:: Accurate determination of 1s photoelectron line shapes of 3d transition metals using Monte Carlo method based deconvolution techniques for quantitative analysis of XPS and REELS data, No ASS4-O-9 (p. 53), Program Book of the 18th International Vacuum Congress. IVC 18. Beijing, China, 23-27 Aug., 2010, 2010
Kövér L; Novák M; Cserny I; Tóth J; Varga D; Jánosfalvi Zs; Egri S; Drube W:: Quantitative applications of high (up to 15 keV) energy electron spectroscopy, No. ASS2-O-1 (p. 50) Program Book of the 18th International Vacuum Congress. IVC 18. Beijing, China, 23-27 Aug., 2010, 2010
Kövér L; Cserny I; Zommer L; Tolnai Gy; Novák M; Jánosfalvi Zs; Egri S; Csik A; Drube W; Thiess S: Quantitative applications of hard X-ray photoelectron spectroscopy, Programme and Abstracts,, p. 74, 14th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis (ECASIA 11). Cardiff, UK, 4-9 September 2011, 2011
Kövér L; Cserny I; Drube W; Novák M; Egri S; Thiess S: Resonant KLL Auger spectra excited from a Co nanolayer, HASYLAB Annual Report 2008 504-5, 2008
Kövér L; Novák M; Cserny I; Tóth J; Varga D; Egri S; Drube W: Energy dependence of the parameters determining spectra of high (2-15 keV) energy electrons photoexcited from solids, Book of Abstracts, p. 232, 13th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis. ECASIA 09. Antalya, Turkey, 18-23 Oct., 2009, 2009
Kövér L; Zommer L; Cserny I; Csik A; Egri S; Drube W; Thiess S: Effective Attenuation Lengths in Ni for AR-HAXPES, HASYLAB Annual Report 2011 (közlésre elfogadva), 2012
Novák M; Kövér L; Drube W; Cserny I; Tóth J; Varga D; Egri S; Thiess S: Electron correlation satellites in 1s photoelectron spectra of 3d transition metals, Beküldésre előkészítve (Phys. Rev. B), 2012
Werner WSM; Novák M; Salvat-Pujol F; Zemek J; Jiricek P: Electron super-surface scattering on polycrystalline Au, Közlésre beküldve (Phys. Rev. Lett.), 2012



Back »