10.03 eV单色化氪灯结合温控氟化镁滤光片的紫外光电子能谱(UPS)创新光源设计

研究人员针对传统紫外光电子能谱(UPS)中氦放电灯需复杂差分泵系统的痛点，开发了基于密封氪共振灯与温控氟化镁滤光片(170–180?°C)的单色化光源方案，通过选择性滤除116.5?nm谱线保留123.6?nm主谱线(10.03?eV)，在铜样品测试中获得4.6?±?0.1?eV逸出功值，为资源有限实验室提供了简化UPS系统的可行路径。

　　

在表面科学研究的工具箱中，紫外光电子能谱(UPS)作为百年"老将"依然不可或缺，它通过测量材料受紫外光激发逸出的电子能量，揭示材料表面电子结构及逸出功(work function)等关键特性。然而这个经典技术面临一个"卡脖子"难题：传统氦放电灯需要复杂的差分泵系统维持10^?5?Pa超高真空，不仅增加设备成本，还因He I(21.22?eV)/He II(40.81?eV)双谱线干扰影响数据精度。

来自哥伦比亚科技创新部资助项目的研究团队另辟蹊径，将目光投向密封式氪共振灯。这种光源本会因116.5?nm和123.6?nm双发射线影响单色性，但研究人员巧妙利用氟化镁(MgF₂)滤光片在170–180?°C时短波截止特性，犹如给光源装上"智能温度门控"，精准阻挡116.5?nm杂散光同时保持123.6?nm主谱线(10.03?eV)的高透过率。该成果发表于《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》，为中小型实验室提供了"平民化"UPS解决方案。

研究团队采用圆柱镜分析器(CMA)电子能谱仪验证方案，关键技术包括：1)氪灯输出窗局部加热系统设计；2)MgF₂滤光片温度精确调控；3)多晶铜标准样品逸出功测试。通过对比不同温度下的光电子动能谱，证实180?°C时能完全抑制116.5?nm线干扰。

【背景】惰性气体共振灯虽广泛用于色谱检测，但其多谱线特性制约UPS应用。研究揭示MgF₂在200?°C以上会突发透明度骤降，这为温控窗口设计划定安全边界。

【设计描述】创新采用独立加热模块解决灯窗热应力问题，滤光片温度控制精度达±5?°C，确保10.03?eV光子通量稳定性。

【结果】铜样品测试数据与文献值高度吻合，验证了系统可靠性。能谱图显示180?°C时116.5?nm伴线信号完全消失，信噪比提升显著。

【结论】这项研究实现了三大突破：1)摆脱差分泵依赖，系统复杂度降低60%；2)通过"温度调谐"实现亚电子伏特级能量分辨率；3)设备寿命延长至传统氦灯的3倍。特别值得注意的是，方案中10.03?eV光子能量虽低于常规He I源(21.22?eV)，但对功函数测量等基础研究完全够用，且能避免高能光子引发的样品损伤。

正如通讯作者Eduardo Orozco强调的，这项技术使UPS设备"瘦身"不"缩水"，尤其适合发展中国家科研机构。第一作者Petr Tsygankov创新的温控滤光思路，更可能启发其他光谱仪器的简化设计。该工作获得哥伦比亚科技创新部852-2019计划支持，工业大学的合作则保障了工程化落地。未来研究将探索该光源在有机半导体能带测量中的应用潜力。