ИСТИНА

На сегодняшний день для исследования микро- и наностурктурных материалов используются спектральные методы, которые основаны на воздействии на поверхность электронного, фотонного, нейтронного или ионного излучения. Настоящая работа посвящена методам электронной спектроскопии, которые используются при исследовании поверхности образца с помощью моноэнергетичного потока электронов. В результате эксперимента регистрируется спектр в шкале кинетических энергий вторичного электрона либо в шкале потерь его энергии. Электронные спектры содержат ряд особенностей, подробнее их можно рассмотреть на примере экспериментальных данных полученных с поверхности сплава CuMn (экспериментальные данные получены на оже микроанализаторе Jamp 10S, Jeol) (рис. 1). В шкале кинетических энергий, с низкоэнергетичной стороны наблюдаются пики, вызванные оже переходами. Энергия вылетающего с поверхности оже-электрона позволяет однозначно идентифицировать химическую сортность атома, а количественный анализ оже спектров дает информацию об относительной концентрации химических элементов в пределах анализируемого слоя. В то же время электронный спектр можно рассматривать в шкале потерь энергии вторичного электрона. В этом случае началом отсчета будет энергия, при которой электроны отражаются от поверхности без потери энергии – пик упруго отраженных электронов самый интенсивный в правой части спектра (рис.1). Далее, происходят процессы потери энергии на возбуждение плазмонных колебаний и верхних уровней в электронной подсистеме образца. Анализ данной области электронного спектра позволяет определять электронную структуру исследуемой поверхности. С увеличением энергетических потерь электронов наблюдаются скачки интенсивности спектра, обусловленные возбуждением внутренних уровней атома. Энергия потери затраченной на возбуждение внутреннего уровня атома вещества является характеристической величиной и позволяет определять химическую сортность, а также химическое состояние атома. За краями характеристических потерь наблюдаются осцилляции интенсивности спектра, которые формируются в результате когерентного рассеяния вторичного электрона на локальном атомном окружении. Анализ данной области электронного спектра позволяет получать информацию о длинах химической связи, координационных числах и параметрах тепловой дисперсии атома. Таким образом, анализ электронного спектра позволяет проводить комплексное исследование поверхности – от определения элементного состава, до атомной и электронной структуры. На данный момент разработаны теоретические подходы, описывающие процессы, регистрируемые в электронных спектрах, а также современное оборудование, позволяющее получать экспериментальные данные в едином спектре от ноля кинетических энергий, до ноля энергии в шкале потерь. Однако единого программного комплекса позволяющего проводить анализ таких спектров – нет. Целью настоящей работы является разработка программного комплекса позволяющего проводить полный анализ электронных спектров – от определения элементного состава, до атомной и электронной структуры. На данный момент написано несколько модулей, с помощью которых по электронному спектру определяется химический состав исследуемой поверхности, предполагается его атомное строение (рис.2). Предложен алгоритм, позволяющий в дальнейшем перейти на методы машинного обучения. Программный комплекс написан на языке Python. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ №121030100002-0. Исследования выполняли с использованием оборудования ЦКП «Центр физических и физико-химических методов анализа, исследования свойств и характеристик поверхности, наноструктур, материалов и изделий» УдмФИЦ УрО РАН.