Using EELS to measure the local conductivity in Aluminium

Abstract

De plasmoniske egenskapene til ren aluminium har blitt undersøkt ved hjelp av elektronenergitapsspektroskopi med hensikt til˚a reprodusere den makroskopiske elektriske ledningsevnen til materialet. Dette har blitt gjennomført for temperaturer fra romtemperatur til 500 ◦C med en energioppløsning p˚a ≲ 100 meV. Plasmontoppen ble m˚alt til ˚a være sentrert ved omtrent 15 eV ved romtemperatur, sank med 0.5 meV K−1 , og hadde en asymmetrisk halvverdibredde p˚a 500 og 700 meV, som medførte at metoden underestimerte ledningsevnen med en størrelsesorden. Funnene antyder at det er en temperatureavhengighet for halvverdibredden, men ingen konkluderene relasjon har blitt foresl˚att. Drude-modellen og den dielektriske formalismen innen mange-partikkel systemer har blitt brukt som utgangspunkt for det teoretiske grunnlaget for at elektronenergitapsspektroskopi kan bli brukt for ˚a finne ledningsevnen, dog har det blitt antatt at de eksperimentelle resultatene kan forklares ut ifra plasmonspredning i langbølgegrensen og kan direkte knyttes opp mot Drudemodellen. Det har videre blitt spekulert i at dette ikke har vært tilfellet for forsøkene som har blitt gjennomført, og dermed at bidrag fra plasmonspredning som ikke er i langbølgegrensen i tillegg til interb˚andsoverganger har hatt en utbredende effekt. For ˚a begrense den p˚afølgende asymmetrien fra bevegelsesmengdeoverganger med kortere bølgelengde i eventuelle fremtidige forsøk har det blitt foresl˚att at akselerasjonsspenningen i transmissjonselektronmikroskopskolonnen og oppsamlinksvinkelen inn til spektrometeret reduseres.

The plasmonic properties of pure aluminium have been investigated using electron energy loss spectroscopy in order to reproduce its macroscopic electrical conductivity. Temperatures varying from room temperature to 500℃ have been investigated with an energy resolution of ≲ 100 meV. The plasmon energy was found to be ≈ 15 eV at room temperature, decreasing with approximately 0.5 meV K−1 and had an asymmetric linewidth of ≈ 500 meV and 700 meV resulting in an underestimate of the conductivity with one order of magnitude. The findings suggest that the full width of half maximum broadens with increasing temperature, though no conclusive relation has been outlined.