光電子分光 (photoelectron spectroscopy)

参考書　電子回折・電子分光　三宅静雄責任編集　共立出版株式会社


物質内の電子準位についての情報を得る方法の一つです。

実験の方法は，先ず物質を単色光で励起します。そして，　−＞　放出される光電子の運動エネルギー分布（光電子スペクトル）を測定します。

１９６０年代以後に利用が始まりました。

光電子分光法は励起光により調べる対象が変わってきます。例えば，
　　励起光に真空紫外光を使う場合：　原子価電子準位　(Turner,et.al. 1970)
　　励起光にＸ線を使う場合：　内殻電子準位 (Siegbahn,1967,1969)


Ｘ 線励起による光電子分光法
　　ＥＳＣＡ (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)
　　ＸＰＳ (X-ray Photoelectron Spectroscopy)
真空紫外光による光電子分光法
　　ＵＰＳ (Ultra-violet Photoelectron Spectroscopy)


光子のエネルギーによって次のように励起されるものが変わってきます。
　　数 eV 以下　−＞　物質の原子価電子状態，振動状態の励起
　　数 10keV 以上　−＞　コンプトン散乱，陰陽電子対生成　が支配的となる
　　中間（限界エネルギー；Threshold energy ... 数 keV)　−＞　光電子の放出


光子のエネルギー：hν によって、真空準位から　E_B^V の深さにある準位から光電子放出が起こるとき、次の関係が成り立ちます。　
　　　Ｅ_kin　＝　hν　−　E_B^V
ここで、Ｅ_kinは光電子が持つ運動エネルギーを表します。


気体原子分子の光電子放出過程
光イオン化の確率（或いは、光イオン化断面積； photoionization cross section） によって表される。


固体の光電子放出過程
３段階モデル
（１）光学励起
（２）電子の表面への移動
（３）電子の表面からの脱出

原子価帯領域の電子の励起：　光電子放出の角度依存性は結晶のバンド構造を反映します。
内殻電子の励起：　光電子放出の角度依存性は原子構造を反映します。