طرق تجريبية للدوران وزاوية حل فوتوميشن التحليل الطيفي جنبا إلى جنب مع الليزر الاستقطاب-متغير

التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي الدوراني والزاوية ، ما يسمى SARPES ، هو تقنية قوية للتحقيق في هياكل الإلكترون ذات الحالة الصلبة بما في ذلك معلومات الدوران الخاصة بها. في طريقتنا ، قمنا بدمج هذه التقنية مع ليزر 7-eV المتغير المستقطب الذي مكننا من تحديد هياكل دوران الإلكترون بدقة شديدة. تم إجراء SARPES بشكل عام باستخدام إشعاع السنكروترون أو مصباح تفريغ الغاز النبيل.

بالمقارنة مع هذه الطريقة ، يعد استخدام ليزر 7-eV متغير الاستقطاب تحسنا كبيرا. يمكن التحكم في الاستقطاب باستخدام شعاع الليزر بسهولة باستخدام اللوح الموجي. باستخدام هذه الخاصية ، يمكننا تتبع سلوك دوران الإلكترون تماما ، وهو حساس لاستقطاب الضوء.

يعتمد تفاعل دوران الإلكترون الضوئي على استقطاب الضوء. وهذا يظهر العديد من المعاني الفيزيائية مثل اقتران الدوران والتداخل الدوراني. لهذا السبب ، يمكن استخدام تقنيتنا تدريجيا لدراسة فيزياء المادة المكثفة.

للبدء ، قم بقص عينات بلورية مفردة من سيلينيد البزموت ، واستخدم إيبوكسي من الفضة لصقها على حامل العينة. بمجرد أن يعالج الإيبوكسي ، ضع قطعة من الشريط اللاصق على سطح العينات. بعد ذلك ، قم بنقل مجلة العينة إلى قفل حمل الفراغ الفائق وابدأ تشغيل المضخة حتى يكون ضغط قفل الحمل أقل من واحد في عشرة إلى سالب خمسة باسكال.

بعد ذلك ، افتح صمام التفريغ فائق الارتفاع بين قفل الحمل وغرفة التحضير ، وانقل مجلة العينة من قفل الحمل إلى غرفة التحضير ، باستخدام آلية التغذية المرفقة بغرفة قفل الحمل. الآن ، استخدم قضيب نقل لالتقاط العينة من مجلة العينة ثم ضع مجلة العينة مرة أخرى في قفل الحمل وأغلق صمام التفريغ الفائق الارتفاع. انتظر حتى يصبح ضغط غرفة التحضير أقل من خمسة في عشرة إلى سالب سبعة باسكال ، ثم قشر الشريط اللاصق من سطح سيلينيد البزموت باستخدام عصا التذبذب في غرفة التحضير.

سيؤدي ذلك إلى شق العينة ، مما ينتج عنه سطح نظيف ذريا. انقل العينة إلى غرفة قياس UHV. هناك ، استخدم مفك البراغي لإصلاح العينة في مرحلة gonio الرئيسية.

بعد ذلك ، انقل المرحلة إلى موضع القياس واستخدم مرحلة ميكرومتر لوضع العينة بدقة على تركيز مقياس الطيف. بعد ذلك ، قم بتشغيل ليزر الإيتريوم أورثوفاناديت المخدر بالنيوديميوم ، واتركه يسخن لمدة عشر إلى 15 دقيقة. افتح مصراع شعاع الليزر وتأكد من أن الليزر يمر عبر بلورة فلوروبورات بريليوم البوتاسيوم لتوليد موجة توافقية ثانية تبلغ 177 نانومتر.

قم بتحسين قوة ليزر سبعة إلكترون فولت ، عن طريق تغيير قوة الليزر 355 نانومتر باستخدام مخفف متغير. أولا ، افتح برنامج التحكم في المحلل. في قائمة التسلسل، حدد الإعداد ثم اختر تكوين ARPES، وتعيين ARPES، في القائمة، لإجراء تعيين سطح Fermi باستخدام عاكس الإلكترون الضوئي.

انقر فوق تحرير ، وقم بتكوين رسم خرائط سطح Fermi بحيث تتراوح زاوية الانبعاث من 12 درجة إلى 12 درجة بحجم الخطوة 0.5 درجة و 49 لعدد الخطوات. بمجرد التعيين ، ارجع إلى قائمة التسلسل وحدد تشغيل. يحتوي المحلل نصف الكروي على عاكس إلكترون يمكننا من رسم خريطة لسطح فيرمي دون تدوير العينة.

قم بتغيير إعداد الماكينة يدويا لقياس التحليل الطيفي للانبعاث الضوئي الذي تم حله بالزاوية. يتضمن ذلك تغيير كل من شق مدخل المحلل وحجم الفتحة. في البرنامج ، حدد الإعداد واختر تكوين الدوران ، وعادي من قائمة الخيارات وانقر فوق موافق.

بعد ذلك ، حدد DA30 في شريط القائمة وانتقل للتحكم في ثيتا. سيؤدي هذا إلى فتح لوحة الإعداد لتكوين زاوية DA30. في اللوحة ، اختر زاوية انبعاث ثيتا x لتكون سالبة ست درجات ، ولكي تكون ثيتا y صفرا درجة.

بعد ذلك ، استخدم موجه الأوامر لتطبيق المجال المغناطيسي عن طريق التحكم في بنك المكثف ثنائي القطب. سيؤدي ذلك إلى مغنطة هدف الرصاص v في اتجاه الموضع على طول المحور x أو y أو z. بمجرد الضبط ، انقر فوق تشغيل ، لأخذ طيف الشدة.

بعد ذلك ، قم بتطبيق مجال مغناطيسي لمغنطة هدف الرصاص الخامس في الاتجاه السلبي على طول المحور وقم بتشغيل المسح لأخذ طيف شدة آخر. عند الانتهاء ، احسب استقطاب الدوران والأطياف التي تم حلها بالدوران. باستخدام موجه الأوامر ، قم بتشغيل محرك الخطوة لتغيير زاوية نصف اللوح الموجي بدقة من أجل ضبط استقطاب الضوء لليزر السبعة إلكترون فولت.

بعد ذلك ، خذ الأطياف التي تم حلها بالدوران لكل من المحاور x و y و z. امسح الأطياف التي تم حلها بالدوران كدالة لاستقطاب الضوء ، مع تغيير زاوية نصف اللوح الموجي من صفر درجة إلى 102 درجة بحجم الخطوة ثلاث درجات. سيلينيد البزموت ، هو عازل طوبولوجي نموذجي مع حالات سطحية مستقطبة للدوران.

خريطة سطح فيرمي التي تم الحصول عليها لحالة السطح في سيلينيد البزموت شكلا دائريا تقريبا. بعد ذلك ، قم بإجراء تعيين النطاق على طول خط التماثل العالي. يظهر تشتت الطاقة على شكل X ، ما يسمى مخروط ديراك.

من هذه النتائج ، يمكن للمرء الآن اختيار زاوية الانبعاث المحددة لتجربة SARPES. عند أخذ ثيتا x يساوي سالب ست درجات وثيتا y يساوي صفر درجة عبر سالب kF من النطاق السطحي ، فإن منحنيات توزيع الطاقة لاتجاهات المغنطة المختلفة ، وتبلغ ذروتها في الشدة بالقرب من طاقة فيرمي. تختلف الشدة في الطيفين بالقرب من الذروة.

من الفرق بين شدتها ، يمكن للمرء أن يحسب الاستقطاب الدوراني كدالة للطاقة والأطياف التي تم حلها بالدوران. على ما يبدو ، فإن طيف الدوران العلوي له هيكل ذروة ولكن أطياف الدوران السفلية مسطحة نسبيا. هذا يعكس الاستقطاب الدوراني بنسبة 100٪ تقريبا.

عند أخذ نفس القياس لمحور مختلف ومع استقطاب ضوئي مختلف ، يكون اتجاه دوران الإلكترونات واعتمادها على الاستقطاب مرئيا بوضوح. بالنسبة للاستقطاب p ، تظهر البيانات بوضوح استقطاب الدوران الإيجابي بنسبة 100٪ فقط على طول y ولا يوجد استقطاب دوراني على طول اتجاهي x و z. ومن المثير للاهتمام ، أنه عندما يقوم المرء بتبديل الاستقطاب الضوئي من p إلى s ، فإن علامة الاستقطاب الدوراني تتحول أيضا إلى 100٪ سالبا للاستقطاب s بدون مكون الدوران x و z.

نتيجة لمعلومات الدوران الكاملة ، يتم تفكيك دوران دوران الإلكترون تماما في ثلاثة أبعاد. لقد أظهرنا قوة SARPES ، مع ليزر متغير الاستقطاب ، لبدء الحالة المستقطبة للدوران من سيلينيد البزموت. هذا يسمح لنا بتصور دوران الإلكترون وتنوعاته مباشرة ، كدالة للاستقطابات الضوئية.

يمكن تطبيق هذه التقنية بسهولة على العديد من الأنظمة الفيزيائية الأخرى. تظهر تجربتنا أنه حتى التغييرات الصغيرة في مجالات الضوء يمكن أن تعيد تعديل دوران الإلكترون الضوئي في ثلاثة أبعاد. كيفية إضاءة العينة مهمة جدا.

يجب على المرء أن يعتني بالهندسة التجريبية لفهم البيانات بشكل صحيح.