56、非弹性电子隧穿光谱学：原理、应用与优势

非弹性电子隧穿光谱学：原理、应用与优势

1. 引言

1.1 研究非弹性电子隧穿光谱学的原因

非弹性电子隧穿光谱学（IETS）是一种全电子光谱学方法。通过以特定方式测量金属 - 绝缘体 - 吸附质 - 金属（M–I–A–M’）器件上的电流和电压，能够获取有关金属、绝缘体和吸附质的振动和电子光谱信息。IETS 具有以下显著优势：
- 超高灵敏度：只需少于 (10^{13}) 个分子就能提供光谱。
- 泛频和组合带极弱：相比红外（IR）或拉曼光谱，更易识别基频。
- 可观测光学禁阻跃迁：一些在 IR 或拉曼光谱中禁阻的跃迁，在 IETS 中可表现为强谱带。
- 氧化物谱带强度低：能在氧化物光谱的“IR 不透明”区域获得吸附质光谱。

此外，IETS 还具备分辨率优于 (5 cm^{-1})、光谱范围宽（50 至超过 (19000 cm^{-1})）等优点，并且对于相似样品，其隧穿、拉曼、IR 和近红外谱带的位置和宽度相似。

1.2 本文重点

本文主要关注 IETS 在振动光谱学中的应用。为了区分振动特征与电子激发、金属声子、磁振子和轨道介导弹性隧穿事件，我们将简要介绍隧穿光谱中活跃的其他类型跃迁。同时，还会介绍弹性和非弹性电子隧穿的基本概念、实验的基本特征（包括仪器和样品制备），并通过与 IR、拉曼和其他光学光谱的比较，说明 IETS 是对更常见光子光谱学的补充技术。

2. 电子隧穿理论

2.1 弹性隧穿

电子隧穿是指电子从一个经典允许区域通过经典禁止区域（势垒）到达另一个经典允许区域的运动。在量子力学中，能量为 E 的电子撞击势垒时