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TECHNICAL ARTICLES
更新時間：2023-06-28
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回顧2022年，ULVAC-PHI各個系列的XPS儀器——VersaProbe、Quantera和Quantes對科研發展和技術進步做出了重要貢獻。據不完整統計，借助PHI XPS設備，2022年已發表超過4400篇的學術出版物，包括期刊文章和書籍等。其中，有99項工作發表在《Nature》和《Science》等高影響力期刊上。
例如，我們的用戶利用PHI VersaProbe設備對嵌入磁性CoNi合金顆粒的摻氮碳纖維復合材料表面進行了完整表征，研究發現該材料表現出優異的電磁波吸收性能。該項工作發表于《Colloid and Interface Science》1上，引用頻次相當高(一年內已被引用24次)。
為了深入理解材料/器件性能和結構之間的聯系，利用XPS結合功能配件進行多技術表征是至關重要的。對此wg，PHI VersaProbe和PHI Genesis系列XPS可集成多種功能配件，滿足多種測試需求，如樣品XPS表征后可對同一樣品同一測試點進行原位UPS和LEIPS測試。
基于此，用戶在一項工作中利用多表面分析技術開展了n型In:GaN和p型Mg:GaN對Ta3N5薄膜光陽極上下界面的改性研究工作，相關成果發表在《Nature Communications》2。該團隊先是通過XPS（PHI VersaProbe Ⅲ）儀器分析膜層的組分信息，而后利用UPS表征樣品的能帶結構(見圖1)。這項工作證明了基于薄膜的光陽極的界面工程在實現高效光電化學水分解制氫方面起著關鍵作用。
圖1 (a) Mg:GaN/Nb的UPS譜圖。(b) In:GaN/Nb的UPS譜圖。(c) In:GaN/Ta3N5/Mg:GaN薄膜的能級排列示意圖。（UPS數據由PHI 5000 VersaProbe III搭載的UPS配件測得）
值得注意的是，UPS結合低能量反光電子能譜(LEIPS)，可以獲得完整的電子能帶結構。在一項發表于《Nature》3的工作中，作者研究了通過共軛碳網絡形成的具有特別拓撲結構的新型二維碳材料，在平面上擁有各向異性。為進一步研究該材料的電學性質，如圖2所示，利用UPS和PHI LEIPS設備表征了該材料的電子能帶結構。結果表明該材料與石墨烯相比，表現出適中的帶隙和導電性，這意味著該材料可應用于半導體領域。
圖2. UPS結合LEIPS表征單層qHP C60納米片的電子能帶結構。Eg為帶隙；ECB表示CBM與EF的能級差；EVB表示VBM與EF的能級差。
了解電極與電解質界面上形成的固體電解質界面膜(SEI)的化學組成對于開發可靠的電池至關重要。對此，具有原位分析能力的原位XPS在電池材料的研究中應用也越來越普遍。比如，牛津大學的PHI用戶在《Nature Communications》4上發表的一篇論文中介紹了用電子束在Li6PS5Cl固態電解質顆粒表面鍍鋰過程中的XPS表征。利用原位XPS（PHI Versaprobe III）研究電化學電鍍過程中Li金屬與LPSCl硫化物固體電解質界面的電流密度介導的界面相的演變。結果表明形成的負電荷表面有利于Li+離子的遷移，結果導致金屬Li鍍在SE表面上。此外，通過改變電子束電流可以調控入射到SE表面的電子通量，從而調節虛擬電極的電鍍電流。如圖3所示，展示了在三種不同電流密度下LPSCl表面的虛擬電極電鍍過程中，Li 1s、S 2p和P 2p XPS譜圖的演變及其定量分析。
圖3.利用XPS研究SE表面虛擬電極電鍍過程中SEI的演化。
參考文獻
1.https://www.sciencedirect。。ｃｏｍ/science/article/abs/pii/S0021979721016726
2.https://www.nature。。ｃｏｍ/articles/s41467-022-28415-4
3.https://www.nature。。ｃｏｍ/articles/s41586-022-04771-5
4.https://doi.org/10.1038/s41467-022-34855-9
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