【摘要】 他们利用电子能量损失谱法研究了蒽和蒎烯的电子激发。

利用电子能量损失谱(EELS)研究了未掺杂、掺钾和掺钙的菲型烃的透射电子激发谱。在未掺杂的材料中，最低的能量激发是具有较高结合能的激子。这些激子也具有一定的局域性，这是由它们逐渐消失的色散所揭示的。在掺杂后，新的低能激发特征出现在被研究材料的原间隙中。

 

Friedrich Roth[1]等人回顾了两种具有代表性的菲的电子激发的最新研究，chrysene和picene。应用了电子能量损失谱(EELS)来确定未掺杂和电子掺杂情况下的电子激发谱。通过分别加入钾和钙来实现电子掺杂。

 

EELS研究只需要厚度约为100纳米的薄样品。分别展示了单晶和多晶样品的结果。一方面，利用金刚石刀借助超微切割机从宏观单晶血小板上切割单晶薄膜;在薄膜制备之前，通过垂直几何形状的物理蒸汽生长制备了质量非常好的单晶。从玻璃表面升华出无色水晶和青色水晶，晶体生长在顶部的铝箔上。生长持续12小时，形成薄的单晶血小板，典型尺寸约为0.5 mm × 0.5 mm。

 

另一方面，在单独的真空室中，在室温下，通过热蒸发在单晶衬底(KBr)上制备了有机化合物的大薄膜。在真空沉积过程中，通过石英晶体微天平现场监测薄膜厚度。蒸发后，薄膜在蒸馏水中漂浮，安装在标准电子显微镜网格上，并入EELS样品支架，并转移到EELS光谱仪。在光谱研究之前，所有样品都使用电子衍射进行了原位表征。此外，在单晶样品的情况下，衍射实验用于定向动量传递平行于选定的倒易晶格方向。

 

在EELS光谱仪的制备室中插入了钾和钙。详细地说，样品直接暴露在碱金属吸气源上30毫米距离内的金属蒸气中，或暴露在含钙的加热钼坩埚上。这个掺杂过程已经进行了几个步骤，直到饱和，即，直到在光谱中不能观察到进一步的化学计量变化。为了能够进一步分析掺杂引起的变化，额外测量了C1s和K2p或Ca2p核心激发边缘，以确定掺杂样品中钾或钙的量。将相关的核能级激发强度与其他具有已知化学计量学的掺杂分子膜的激发强度进行了比较，或者对强度进行了定量分析。

 

图1.化合物的分子结构示意图以及实际空间中的晶体结构。[1]

 

图2. 固体(多晶)蒽(左图)和蒎烯(右图)EELS光谱的动量依赖性。[1]

 

综上所述，他们利用电子能量损失谱法研究了蒽和蒎烯的电子激发。已经确定了激子的特征和相当局域的波函数的激发带隙。钾的加入导致了对chrysene和picene的激发光谱的实质性变化。产生了一种新的低能量特征，可以解释为具有令人惊讶的负色散的电荷载体等离子体。然而，这种解释与光发射结果相反，光发射结果没有发现金属的、钾掺杂的茂烯相。需要进一步的研究来解决这一差异。钙的加入也会产生新的低能激发。然而，在这种情况下，这种激发不表现出色散，而且与钾嵌入相比要宽得多。考虑到之前的岩心水平数据，这些发现可以合理地解释为钙和茂烯之间的杂化状态的形成，这种情况类似于钙嵌层石墨。

 

[1]   Roth F, Knupfer M. Electronic excitation spectrum of doped organic thin films investigated using electron energy-loss spectroscopy[J]. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 2015, 204: 23-28.

 

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