使用核心损失电子能量损失光谱进行纳米尺度和元素特异性晶格温度测量
材料科学
2025-07-10 v3 化学物理
摘要
测量纳米尺度局部温度，特别是在垂直集成和多组分系统中，仍然具有挑战性。X射线吸收和核心损失电子能量损失光谱（EELS）等光谱技术对晶格温度敏感，但理解热效应并非易事。本工作通过比较Si L2,3边的温度依赖红移与扫描透射电子显微镜（STEM）中的等离子体能量膨胀测温法（PEET），探索了纳米尺度和元素特异性核心损失测温的潜力。我们使用密度泛函理论（DFT）、含时DFT和Bethe-Salpeter方程，从头建模了Si L2,3和等离子体红移。我们发现核心损失红移是由于电子-声子重整化导致的带隙减小。我们的结果表明，尽管核心损失信号强度低于等离子体特征，但核心损失测温具有关键优势，并且可以通过标准光谱去噪实现更高的准确性。具体而言，我们表明Varshni方程可以轻松解释半导体的核心损失红移，从而避免了PEET在复杂结和界面中的等离子体光谱卷积。我们还发现，除非样品的温度依赖介电性质得到充分表征，否则核心损失测温在模拟半导体热晶格膨胀方面比PEET更准确。此外，核心损失测温有望以小于等离子体波函数的长度尺度，在多组分材料和堆叠界面中以元素特异性测量纳米尺度加热。
引用
@article{arxiv.2411.01071,
title = {Nanoscale and Element-Specific Lattice Temperature Measurements using Core-Loss Electron Energy-Loss Spectroscopy},
author = {Levi D. Palmer and Wonseok Lee and Daniel B. Durham and Javier Fajardo, and Yuzi Liu and A. Alec Talin and Thomas E. Gage and Scott K. Cushing},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.01071},
year = {2025}
}
备注
40 pages, 5 main text figures, 1 table