2.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС).
 Метод фотоэлектронной спектроскопии позволяет исследовать заполненные электронные состояния в твёрдом теле. Изучаемый образец облучается монохроматичным пучком фотонов. Вследствие явления фотоэффекта, если энергия падающего фотона hν больше суммы работы выхода из твёрдого тела Ф и энергии связи Eсвязи, часть электронов покидает твёрдое тело и может быть зарегистрирована. Кинетическая энергия и эмиссионный угол θ вылетевшего фотоэлектрона сортируются энергоанализатором и детектируются 2D-детектором. Если электрон вылетает из образца из приповерхностной области, равной длине свободного пробега, и не испытывает столкновений, его кинетическая энергия будет равна: Екин=hν-Eсвязи-Ф  (2.1)   Рис. 2.1 Схема формирования фотоэлектронного спектра из спектра возбужденных электронов (без рассеяния) и фона, вызванного неупруго рассеянными электронами. Взято из [56].   Электроны, испытавшие неупругие столкновения в твёрдом теле, не покинут кристалл или покинут кристалл с меньшей энергией, образуя в полученном спектре фон рассеянных электронов. Таким образом, в самом простом рассмотрении энергетическое распределение покинувших твёрдое тело электронов должно быть отражением электронной структуры валентной зоны и остовных уровней твёрдого тела (рис. 2.1). Кроме пиков от элементов зонной структуры твёрдого тела, в спектре могут появляться особенности от многочастичных эффектов: фон неупруго рассеянных электронов, пики Оже-процесса, пики сателлитов типа «shake-up» и «shake-off», усиление интенсивностей пиков на резонансных частотах энергии падающих фотонов, и другие. Для каждого элемента существует свой набор энергий остовных уровней, при этом, такие наборы известны, и для различных элементов отличаются между собой достаточно сильно для возможности достоверно получить информацию об элементном составе материала. При вступлении элемента в химическую связь вследствие перераспределения электронной плотности энергетическое положение его остовных уровней может смещаться и, следовательно, меняется кинетическая энергия регистрируемых электронов. Такое смещение пиков энергий относительно их значений, характерных для спектров чистых элементов, называется химическим сдвигом. Данное смещение обычно невелико (несколько эВ) и не мешает идентифицировать элемент, но по величине и направлению смещения можно делать выводы о типе химической связи и о силе взаимодействия. Например, в случае ионной связи величина химического сдвига коррелирует с зарядом, переносим в результате возникновения данной связи, а пики задействованных состояний элементов смещаются в противоположные стороны.  Из анализа интенсивности пиков остовных уровней можно количественно оценить концентрацию элемента в образце. Интенсивностью называется площадь пика за вычетом фона. Интенсивность пика I можно выразить как: I=nfσθyλAT  (2.2)  где n — количество атомов элемента на см3 образца, f — поток рентгеновского излучения в фотонах/см2сек, σ — сечение фотоионизации оболочки в см2, θ — угловой коэффициент эффективности, y — эффективность процесса образования фотоэлектронов, λ — длина свободного пробега фотоэлектронов в образце, A — площадь образца, с которой детектируются фотоэлектроны и T — эффективность детектирования электронов, испускаемых образцом. Можно видеть, что при измерении пиков различных элементов в одинаковых условиях, в формуле (2.2) будут отличаться только переменные n и σ. Таким образом, формулу (2.2) можно переписать как: I=cnσ   (2.3) где c — некоторая константа, одинаковая для всех элементов в заданных условиях измерения.  Концентрацию элемента в образце можно выразить как: Cx=nxini=IxσxiIiσi  (2.4)
Спектроскопия — это метод исследования объектов с помощью изучения их электромагнитных спектров. В данном случае, для изучения химического состава материала используется метод фотоэлектронной спектроскопии. Спектр — это набор энергетических уровней, которые могут занимать атомы в кристалле. Изучение спектров позволяет определить концентрацию элементов в образце, тип химической связи и силу взаимодействия между ними.