Nízkoenergiová elektronová mikroskopie/spektroskopie vybraných prvků

Bc. Michal Štulpa

Bakalářská práce

Low-energy electron microscopy/spectroscopy of selected elements

Anotace:

Závěrečná práce se zabývá možností použití skenovacího nízkoenergiového elektronového mikroskopu vybaveného time-of-flight spektrometrem (SLEEM/ToF), který byl v minulosti využit pro studium 2D krystalů, například grafenu, pro analýzu tenkých kovových vrstev. Práce zkoumá interakci elektronů se vzorkem při nízkých energií pod 1 keV, kde se mnohdy rozcházejí teoretické modely s experimentálními výsledky. Znalosti parametrů interakce elektronů s látkou, jako je neelastická střední volná dráha, při nízkých energií jsou zásadní pro různé typy elektronových spektroskopií a pro pokročilé materiálové vědy. Cílem práce je příprava vzorků, jejich následná analýza a naměření elektronových energiových ztrátových spekter (EELS) na experimentálním zařízení SLEEM/ToF. Vzorky jsou připraveny pomocí metod chemické depozice z plynné fáze a magnetronového naprašování, přičemž optimální tloušťku tenké kovové vrstvy určíme pomocí Monte Carlo simulací. Mezi používané pokročilé techniky elektronové mikroskopie a spektroskopie patří skenovací transmisní elektronová mikroskopie, energiově-disperzní spektroskopie a Augerova elektronová spektroskopie. Na naměřeném elektronovém energiovém ztrátovém spektru jsou analyzovány významné prvky, jako jsou pík nulové energiové ztráty, plazmony a mezipásové přechody. Celkově práce předkládá praktické postupy pro přípravu vzorků, jejich analýzu, navrhuje vylepšení pro měření EELS a je základem pro budoucí experimenty na zařízení SLEEM/ToF.

Abstract:

This thesis examines the potential of a scanning low-energy electron microscope equipped with a time-of-flight spectrometer (SLEEM/ToF), previously applied to 2D materials such as graphene, for analyzing thin metal films. It investigates electron-specimen interactions at low energies below 1 keV, where theoretical models and experimental results often show inconsistencies. Understanding of electron transport parameters, such as the inelastic mean free path, at low energies is vital for other electron spectroscopic techniques and advanced material research. The thesis aims to prepare samples, analyze them, and conduct electron energy-loss spectroscopy (EELS) measurements using the experimental SLEEM/ToF device. The samples are prepared by chemical vapor deposition and magnetron sputtering, using Monte Carlo simulations to determine optimal film thickness. Advanced electron microscopy and spectroscopy techniques, including scanning transmission electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and Auger electron spectroscopy, are used to characterize the samples. Significant features of the acquired electron energy-loss spectra, such as zero-loss, plasmon, and interband transition peaks are analyzed to understand electron-specimen interactions. Overall, the study proposes effective sample preparation and analysis methods, suggests improvements to EELS measurements and provides a foundation for future experiments on the device.

Keywords

spektroskopie energiových ztrát elektronů, skenovací transmisní elektronová mikroskopie, energiově-disperzní spektroskopie, Augerova elektronová spektroskopie, Monte Carlo, povrchový plazmon, mezipásové přechody, electron energy-loss spectroscopy, scanning transmission electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, Auger electron spectroscopy, surface plasmon, interband transitions

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 13. 5. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 6. 2025
• Vedoucí: Mgr. Eliška Mikmeková, Ph.D.
• Oponent: doc. RNDr. Petr Mikulík, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Fyzika / Fyzika