利用電(dian)子能(neng)(neng)量損失(shi)譜(EELS)研(yan)(yan)究了未(wei)摻雜(za)、摻鉀和摻鈣的(de)(de)(de)菲(fei)型烴的(de)(de)(de)透射(she)電(dian)子激(ji)發譜。在未(wei)摻雜(za)的(de)(de)(de)材料中，最低的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量激(ji)發是(shi)具有(you)較高結合能(neng)(neng)的(de)(de)(de)激(ji)子。這(zhe)些激(ji)子也具有(you)一定的(de)(de)(de)局域性，這(zhe)是(shi)由它們(men)逐漸消失(shi)的(de)(de)(de)色(se)散所揭示的(de)(de)(de)。在摻雜(za)后，新(xin)的(de)(de)(de)低能(neng)(neng)激(ji)發特征出(chu)現在被研(yan)(yan)究材料的(de)(de)(de)原間隙中。

Friedrich Roth^[1]等(deng)人回顧(gu)了(le)兩種具有代(dai)表性的(de)菲的(de)電子(zi)激發的(de)最新研究，chrysene和(he)picene。應(ying)用(yong)了(le)電子(zi)能(neng)量損失譜(pu)(EELS)來(lai)確定未摻(chan)雜(za)(za)和(he)電子(zi)摻(chan)雜(za)(za)情況下的(de)電子(zi)激發譜(pu)。通過分別加入鉀和(he)鈣(gai)來(lai)實(shi)現電子(zi)摻(chan)雜(za)(za)。

EELS研究只需要厚度約(yue)為100納米(mi)的(de)薄(bo)樣(yang)品。分別展(zhan)示了單(dan)(dan)晶(jing)(jing)和多晶(jing)(jing)樣(yang)品的(de)結果。一方面(mian)，利用金剛石刀借助超微切(qie)割機從(cong)(cong)宏觀單(dan)(dan)晶(jing)(jing)血(xue)小板上切(qie)割單(dan)(dan)晶(jing)(jing)薄(bo)膜(mo);在薄(bo)膜(mo)制(zhi)備之前，通過垂直幾何形(xing)狀的(de)物理蒸汽生長制(zhi)備了質量非(fei)常好的(de)單(dan)(dan)晶(jing)(jing)。從(cong)(cong)玻璃(li)表面(mian)升華(hua)出無(wu)色水(shui)晶(jing)(jing)和青色水(shui)晶(jing)(jing)，晶(jing)(jing)體生長在頂(ding)部的(de)鋁箔上。生長持續12小時，形(xing)成薄(bo)的(de)單(dan)(dan)晶(jing)(jing)血(xue)小板，典型尺寸約(yue)為0.5 mm × 0.5 mm。

另一方(fang)面，在(zai)(zai)(zai)單獨的真空(kong)室(shi)中，在(zai)(zai)(zai)室(shi)溫下(xia)，通過(guo)熱蒸發在(zai)(zai)(zai)單晶(jing)(jing)襯底(KBr)上制備了(le)有機(ji)化合物的大薄膜(mo)。在(zai)(zai)(zai)真空(kong)沉積過(guo)程中，通過(guo)石英晶(jing)(jing)體(ti)微天平現(xian)場監測薄膜(mo)厚度。蒸發后，薄膜(mo)在(zai)(zai)(zai)蒸餾水中漂浮，安裝在(zai)(zai)(zai)標準電子(zi)顯微鏡網(wang)格上，并入EELS樣(yang)品支架，并轉移(yi)到EELS光譜(pu)儀。在(zai)(zai)(zai)光譜(pu)研究之前，所有樣(yang)品都使用電子(zi)衍射(she)進(jin)行了(le)原位(wei)表征。此(ci)外，在(zai)(zai)(zai)單晶(jing)(jing)樣(yang)品的情況下(xia)，衍射(she)實驗用于定向動(dong)量傳(chuan)遞平行于選定的倒易晶(jing)(jing)格方(fang)向。

在(zai)EELS光譜(pu)儀的(de)(de)制備室中插入(ru)了鉀和鈣。詳細地說，樣(yang)品(pin)(pin)直接暴露(lu)在(zai)堿金(jin)屬吸氣源上(shang)(shang)30毫米(mi)距離內的(de)(de)金(jin)屬蒸氣中，或暴露(lu)在(zai)含(han)鈣的(de)(de)加熱鉬坩堝(guo)上(shang)(shang)。這(zhe)個摻雜(za)(za)(za)過程已經(jing)進行(xing)了幾(ji)個步(bu)(bu)驟(zou)，直到(dao)飽和，即，直到(dao)在(zai)光譜(pu)中不能(neng)觀察到(dao)進一(yi)步(bu)(bu)的(de)(de)化(hua)學(xue)計量變(bian)化(hua)。為了能(neng)夠進一(yi)步(bu)(bu)分析摻雜(za)(za)(za)引起的(de)(de)變(bian)化(hua)，額外(wai)測量了C1s和K2p或Ca2p核心(xin)激(ji)發邊緣(yuan)，以(yi)確定(ding)摻雜(za)(za)(za)樣(yang)品(pin)(pin)中鉀或鈣的(de)(de)量。將相關(guan)的(de)(de)核能(neng)級激(ji)發強度(du)與其他具(ju)有已知化(hua)學(xue)計量學(xue)的(de)(de)摻雜(za)(za)(za)分子(zi)膜的(de)(de)激(ji)發強度(du)進行(xing)了比較，或者對(dui)強度(du)進行(xing)了定(ding)量分析。

圖1.化合物的分子結構示意圖以及實際空間中的晶體結構。^[1]

圖2. 固體(多晶)蒽(左圖)和蒎烯(右圖)EELS光譜的動量依賴性。^[1]

綜上所述，他(ta)們(men)利用電(dian)子(zi)(zi)能量損(sun)失譜法研(yan)究了蒽和(he)(he)(he)蒎(pai)烯的(de)(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)激發(fa)(fa)。已(yi)經(jing)確定了激子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)特征和(he)(he)(he)相(xiang)當(dang)局域的(de)(de)(de)(de)波函(han)數的(de)(de)(de)(de)激發(fa)(fa)帶隙。鉀(jia)的(de)(de)(de)(de)加(jia)入導致(zhi)了對chrysene和(he)(he)(he)picene的(de)(de)(de)(de)激發(fa)(fa)光譜的(de)(de)(de)(de)實質性變化(hua)。產(chan)生了一種(zhong)(zhong)新的(de)(de)(de)(de)低能量特征，可以(yi)解(jie)釋為(wei)具(ju)有(you)令人驚(jing)訝的(de)(de)(de)(de)負色散的(de)(de)(de)(de)電(dian)荷載(zai)體等離子(zi)(zi)體。然而(er)，這(zhe)種(zhong)(zhong)解(jie)釋與光發(fa)(fa)射(she)結(jie)果(guo)(guo)相(xiang)反(fan)，光發(fa)(fa)射(she)結(jie)果(guo)(guo)沒有(you)發(fa)(fa)現金屬的(de)(de)(de)(de)、鉀(jia)摻雜的(de)(de)(de)(de)茂(mao)烯相(xiang)。需要進一步的(de)(de)(de)(de)研(yan)究來解(jie)決這(zhe)一差異。鈣的(de)(de)(de)(de)加(jia)入也會產(chan)生新的(de)(de)(de)(de)低能激發(fa)(fa)。然而(er)，在這(zhe)種(zhong)(zhong)情況下(xia)，這(zhe)種(zhong)(zhong)激發(fa)(fa)不表現出色散，而(er)且與鉀(jia)嵌入相(xiang)比要寬得多。考慮到之(zhi)(zhi)前的(de)(de)(de)(de)巖心水平數據，這(zhe)些發(fa)(fa)現可以(yi)合理地解(jie)釋為(wei)鈣和(he)(he)(he)茂(mao)烯之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)(de)雜化(hua)狀態的(de)(de)(de)(de)形成，這(zhe)種(zhong)(zhong)情況類(lei)似于鈣嵌層石(shi)墨。

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