利用電子能量損失譜(EELS)研究了未摻雜、摻鉀和摻鈣的菲型烴的透射電子激發(fā)譜。在未摻雜的材料中，最低的能量激發(fā)是具有較高結(jié)合能的激子。這些激子也具有一定的局域性，這是由它們逐漸消失的色散所揭示的。在摻雜后，新的低能激發(fā)特征出現(xiàn)在被研究材料的原間隙中。

Friedrich Roth^[1]等人回顧了兩種具有代表性的菲的電子激發(fā)的最新研究，chrysene和picene。應(yīng)用了電子能量損失譜(EELS)來確定未摻雜和電子摻雜情況下的電子激發(fā)譜。通過分別加入鉀和鈣來實現(xiàn)電子摻雜。

EELS研究只需要厚度約為100納米的薄樣品。分別展示了單晶和多晶樣品的結(jié)果。一方面，利用金剛石刀借助超微切割機從宏觀單晶血小板上切割單晶薄膜;在薄膜制備之前，通過垂直幾何形狀的物理蒸汽生長制備了質(zhì)量非常好的單晶。從玻璃表面升華出無色水晶和青色水晶，晶體生長在頂部的鋁箔上。生長持續(xù)12小時，形成薄的單晶血小板，典型尺寸約為0.5 mm × 0.5 mm。

另一方面，在單獨的真空室中，在室溫下，通過熱蒸發(fā)在單晶襯底(KBr)上制備了有機化合物的大薄膜。在真空沉積過程中，通過石英晶體微天平現(xiàn)場監(jiān)測薄膜厚度。蒸發(fā)后，薄膜在蒸餾水中漂浮，安裝在標(biāo)準(zhǔn)電子顯微鏡網(wǎng)格上，并入EELS樣品支架，并轉(zhuǎn)移到EELS光譜儀。在光譜研究之前，所有樣品都使用電子衍射進行了原位表征。此外，在單晶樣品的情況下，衍射實驗用于定向動量傳遞平行于選定的倒易晶格方向。

在EELS光譜儀的制備室中插入了鉀和鈣。詳細地說，樣品直接暴露在堿金屬吸氣源上30毫米距離內(nèi)的金屬蒸氣中，或暴露在含鈣的加熱鉬坩堝上。這個摻雜過程已經(jīng)進行了幾個步驟，直到飽和，即，直到在光譜中不能觀察到進一步的化學(xué)計量變化。為了能夠進一步分析摻雜引起的變化，額外測量了C1s和K2p或Ca2p核心激發(fā)邊緣，以確定摻雜樣品中鉀或鈣的量。將相關(guān)的核能級激發(fā)強度與其他具有已知化學(xué)計量學(xué)的摻雜分子膜的激發(fā)強度進行了比較，或者對強度進行了定量分析。

圖1.化合物的分子結(jié)構(gòu)示意圖以及實際空間中的晶體結(jié)構(gòu)。^[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，他們利用電子能量損失譜法研究了蒽和蒎烯的電子激發(fā)。已經(jīng)確定了激子的特征和相當(dāng)局域的波函數(shù)的激發(fā)帶隙。鉀的加入導(dǎo)致了對chrysene和picene的激發(fā)光譜的實質(zhì)性變化。產(chǎn)生了一種新的低能量特征，可以解釋為具有令人驚訝的負色散的電荷載體等離子體。然而，這種解釋與光發(fā)射結(jié)果相反，光發(fā)射結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)金屬的、鉀摻雜的茂烯相。需要進一步的研究來解決這一差異。鈣的加入也會產(chǎn)生新的低能激發(fā)。然而，在這種情況下，這種激發(fā)不表現(xiàn)出色散，而且與鉀嵌入相比要寬得多。考慮到之前的巖心水平數(shù)據(jù)，這些發(fā)現(xiàn)可以合理地解釋為鈣和茂烯之間的雜化狀態(tài)的形成，這種情況類似于鈣嵌層石墨。

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