Theory of dielectric screening and electron energy loss spectroscopy at surfaces

We present an overview of theoretical techniques for describing electron energy loss processes in a reflection geometry. We start from a fundamental representation of the dielectric susceptibility tensor of the semi-infinite crystal, and illustrate how the screening becomes modified by the presence of the surface. A new formalism is also presented which improves upon existing techniques for modeling energy loss, is fully q-dependent, and accounts for nonlocality. The impact of nonlocality, local field effects and other many-body effects is discussed. The theory is supported by some explicit calculations on the GaAs(001)–c(4×4) surface. To cite this article: C. Hogan et al., C. R. Physique 10 (2009).

RésuméNous présentons une vue d'ensemble des techniques théoriques pour la description des processus de perte d'énergie des électrons dans une géométrie de réflexion. Nous partons d'une représentation fondamentale du tenseur de susceptibilité diélectrique du cristal semi-infini, et nous montrons comment l'écrantage est modifié par la présence de la surface. Nous présentons aussi un nouveau formalisme qui améliore les techniques existantes de modélisation des pertes d'énergie, prend pleinement en compte la dépendance en q, et la non-localité. L'impact de la non-localité, des effets de champs locaux et d'autres effets à plusieurs corps est discuté. La théorie est illustrée par des calculs explicites pour la surface GaAs(001)–c(4×4). Pour citer cet article : C. Hogan et al., C. R. Physique 10 (2009).