Name: 自旋角分辨光电子光谱与偏振变激光相结合的实验方法 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: 探索自旋角分辨光电子光谱与偏振可变7电子伏激光相结合的方法，用于精确测定固体材料中的电子自旋结构。该技术可清晰观测自旋轨道耦合效应，为凝聚态物理和自旋电子学研究提供重要工具。

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我们感谢中岛M.、丰久S.、福岛A.和石田Y.在实验装置方面提供的支持。本研究得到了日本学术振兴会（JSPS）科学研究费补助金（B）项目编号26287061以及青年学者研究费补助金（B）项目编号15K17675的资助。本工作还获得了日本文部科学省（MEXT）创新领域项目的支持。 &#34;拓扑材料科学&#34; 日本学术振兴会科学研究费补助金（Grant No. 16H00979）和日本学术振兴会KAKENHI（Grant No. 16H02209）

1. 样品安装与固定
<ol>
	<li>将 Bi2Se313 单晶样品切割成约 1 × 1 × 0.5 mm3 的尺寸，并使用银基环氧树脂将样品粘接到样品托上。</li>
	<li>将透明胶带贴在样品表面。 
	注意：透明胶带用于在超高真空（UHV）腔室中解理样品，以获得原子级清洁的表面。</li>
	<li>将样品装入负荷锁中的样品架内，启动抽泵，直至负荷锁的压力低于 1×10-5 Pa。</li>
</ol>
2. 样品切割
<ol>
	<li>打开负荷锁与超高真空制备腔室之间的超高真空阀门。</li>
	<li>使用连接在负荷锁腔室上的线性/旋转传动装置，将样品架从负荷锁转移至制备腔室。</li>
	<li>使用连接在制备腔室上的转移杆从样品架上取下样品。</li>
	<li>将样品架放回负荷锁中，并关闭超高真空阀门。</li>
	<li>等待直至制备腔室的压力低于 5×10-7 Pa。</li>
	<li>在制备腔室中使用摇摆杆剥离透明胶带，并在超高真空条件下解理样品。</li>
</ol>
3. 将样品转移至测量位置
<ol>
	<li>使用测量室配备的螺丝刀将样品转移至超高真空（UHV）测量室，并将其固定在主测角仪平台上。</li>
	<li>移动测角仪平台至测量位置，并利用微米级位移平台精确调整样品位置，使其位于光谱仪的焦点处。</li>
</ol>
4. 7 eV 激光器装置
<ol>
	<li>打开 Nd:YVO4 激光器。 
	注：该激光器产生波长为 355 nm、重复频率高达 120 MHz 的激光。</li>
	<li>打开激光快门，确保激光通过 KBBF 晶体，并产生 177 nm（6.994 eV）的二次谐波。</li>
	<li>通过可变衰减器调节 355 nm 激光的功率，以优化 7 eV 激光的输出功率。</li>
</ol>
5. ARPES 数据采集
<ol>
	<li>在台式计算机上打开分析仪控制软件。 
	注意：我们使用&#34;SES软件&#34;，这是一个用于控制配备电子偏转器的ScientaOmicron分析仪的通用程序。</li>
	<li>在菜单栏中，点击Sequence下方的Setup…（图2，步骤i.2-1）。</li>
	<li>在列表中选择ARPES配置（图3，步骤i.3-1）和ARPES Mapping（图3，步骤i.3-2），以使用光电子偏转器进行费米面测量。</li>
	<li>点击Edit（图3，步骤i.3-3），设置费米面测量的范围为发射角θy从-12°到12°，步长为0.5°（图3，步骤i.3-4）。 
	注意：配备电子偏转器的半球形分析仪使我们能够在无需旋转样品的情况下完成费米面的测量。</li>
	<li>点击Run（图2，步骤i.2-3）。</li>
</ol>
6. SARPES 数据采集
<ol>
	<li>手动调整SARPES测量的仪器设置，包括分析器入口狭缝和孔径大小（图1）。</li>
	<li>在菜单栏中，于Sequence下选择Setup…（图2，步骤i.2-2）。</li>
	<li>在列表中选择Spin configuration（图4，步骤i.4-1）和Normal（图4，步骤i.4-2），然后点击OK（图4，步骤i.4-3）。</li>
	<li>在菜单栏上选择DA30（图5，步骤i.5-1），然后选择Control Theta…（图5，步骤i.5-2），以打开DA30角度（θx, θy）配置的设置面板。</li>
	<li>选择发射角（θx, θy）= (-6°, 0°)，以采集SARPES谱图（图5，步骤i.5-3）。</li>
	<li>通过控制双极性电容组施加磁场，使VLEED靶沿特定轴（α: x, y, 或 z）正方向磁化。 
	注：在我们的系统中，此过程可通过命令提示符完成[图6 (a)]。</li>
	<li>点击Run以采集强度谱图（图2，步骤i.2-3）。</li>
	<li>施加磁场使VLEED靶沿α轴负方向磁化，并开始扫描以采集强度谱图。</li>
	<li>计算自旋极化度和自旋分辨谱图。</li>
</ol>
7. 扫描光偏振依赖性
<ol>
	<li>通过步进电机精确调节λ/2波片的角度，以调节7 eV激光的光偏振态。 
	注意：在我们的系统中，此过程可通过命令提示符完成[图6 (b)]。</li>
	<li>采集沿x, y和z轴的自旋分辨谱。</li>
	<li>在半波片角度从0°变化至102°、步长为3°的条件下，扫描作为光偏振函数的自旋分辨谱。</li>
</ol>

<ol><li>Damascelli, A., Hussain, Z., Shen, Z. -X. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.75.473">Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors.</a> Rev. Mod. Phys. 75 (2), 473-541 (2003).</li>
<li>Johnson, P. D. Spin-polarized photoemission. Rep. Prog. Phys. 60 (11), Available from:
 <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/60/11/002/meta">http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/60/11/002/meta</a> 1217-1304 (1997).</li>
<li>Qiao, S., Kimura, A., Harasawa, A., Sawada, M., Chung, J. -G., Kakizaki, A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1148401">A new compact electron spin polarimeter with a high efficiency.</a> Rev. Sci. Instrum. 68 (12), 4390-4395 (1997).</li>
<li>Dil, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin+and+angle+resolved+photoemission+on+non-magnetic+low-dimensional+systems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Condens.+Matter%22%5BJournal%5D)">Spin and angle resolved photoemission on non-magnetic low-dimensional systems.</a> J. Phys. Condens. Matter. 21 (40), 403001(2009).</li>
<li>Hoesch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0368204802000580">Spin-polarized Fermi surface mapping.</a> J. Electron Spectrosc. 124 (2), 263-279 (2002).</li>
<li>Souma, S., Takayama, S., Sugawara, K., Sato, T., Takahashi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrahigh-resolution+spin-resolved+photoemission+spectrometer+with+a+mini+Mott+detector%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Ultrahigh-resolution spin-resolved photoemission spectrometer with a mini Mott detector.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (9), 096101(2010).</li>
<li>Okuda, T., Kimura, A. <a target="_blank" href="http://journals.jps.jp/doi/10.7566/JPSJ.82.021002">Spin- and angle-resolved photoemission of strongly spin-orbit coupled systems.</a> J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2), 021002(2013).</li>
<li>Okuda, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+spin-polarized+photoemission+spectrometer+with+very+high+efficiency+and+energy+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">A new spin-polarized photoemission spectrometer with very high efficiency and energy resolution.</a> Rev. Sci. Instrum. 79 (12), 123117(2008).</li>
<li>Jozwiak, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-efficiency+spin-resolved+photoemission+spectrometer+combining+time-of-flight+spectroscopy+with+exchange-scattering+polarimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">A high-efficiency spin-resolved photoemission spectrometer combining time-of-flight spectroscopy with exchange-scattering polarimetry.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (5), 053904(2010).</li>
<li>Okuda, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+spin+resolved+spectroscopy+observation+machine+at+Hiroshima+Synchrotron+Radiation+Center%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Efficient spin resolved spectroscopy observation machine at Hiroshima Synchrotron Radiation Center.</a> Rev. Sci. Instrum. 82 (10), 103302(2011).</li>
<li>Yaji, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+three-dimensional+spin-+and+angle-resolved+photoelectron+spectrometer+using+vacuum+ultraviolet+laser+light%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">High-resolution three-dimensional spin- and angle-resolved photoelectron spectrometer using vacuum ultraviolet laser light.</a> Rev. Sci. Instrum. 87 (5), 053111(2016).</li>
<li>Shimojima, T., Okazaki, K., Shin, S. <a target="_blank" href="http://journals.jps.jp/doi/abs/10.7566/JPSJ.84.072001">Low-temperature and high-energy-resolution laser photoemission spectroscopy.</a> J. Phys. Soc. Jpn. 84 (7), 072001(2015).</li>
<li>Augustine, S., Mathai, E. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025540801007176">Growth, morphology, and microindentation analysis of Bi2Se3, Bi1.8In0.2Se3, and Bi2Se2.8Te0.2 single crystals.</a> Mater. Res. Bull. 36 (13), 2251-2261 (2001).</li>
<li>Hasan, M. Z., Kane, C. L. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.82.3045">Colloquium: Topological insulators.</a> Rev. Mod. Phys. 82 (4), 3045-3067 (2010).</li>
<li>Ando, Y. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/pdf/1304.5693.pdf">Topological insulator materials.</a> J. Phys. Soc. Jpn. 82 (10), 102011(2013).</li>
<li>Zhang, H., Liu, C. -X., Qi, X. -L., Dai, X., Fang, Z., Zhang, S. -C. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nphys1270">Topological insulators in Bi2Se3, Bi2Te3 and Sb2Te3 with a single Dirac cone on the surface.</a> Nature Phys. 5 (6), 438-442 (2009).</li>
<li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nphys2685">Mapping the orbital wavefunction of the surface states in three-dimensional topological insulators.</a> Nature Phys. 9 (8), 499-504 (2013).</li>
<li>Zhang, H., Liu, C. -X., Zhang, S. -C. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1211.0762">Spin-orbital texture in topological insulators.</a> Phys. Rev. Lett. 111 (6), 066801(2013).</li>
<li>Kuroda, K., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.94.165162">Coherent control over three-dimensional spin-polarization for the spin-orbit coupled surface state of Bi2Se3.</a> Phys. Rev. B. 94 (16), 165162(2016).</li>
<li>Meier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+of+spin+states+in+photoemission+from+Sb%2FAg%28111%29+surface+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys-Condens+Mat%22%5BJournal%5D)">Interference of spin states in photoemission from Sb/Ag(111) surface alloys.</a> J Phys-Condens Mat. 23 (7), URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-8984/23/7/072207/meta 072207(2011).</li>
<li>Dil, J. H., Meier, F., Osterwalder, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0368204814002308">Rashba-type spin splitting and spin interference of the Cu(111) surface state at room temperature.</a> J Electron Spectrosc. 201, 42-46 (2015).</li>
<li>Yaji, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin-dependent+quantum+interference+in+photoemission+process+from+spin-orbit+coupled+states%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Commun%22%5BJournal%5D)">Spin-dependent quantum interference in photoemission process from spin-orbit coupled states.</a> Nature Commun. 8, 14588(2017).</li>
<li>Noguchi, R., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.95.041111">Direct mapping of spin and orbital entangled wave functions under interband spin-orbit coupling of giant Rashba spin-split surface states.</a> Phys. Rev. B. 95 (6), 04111(R)(2017).</li>
</ol>

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

ARPES 和 SARPES 技术已广泛用于通过能带映射和自旋探测来研究电子能带结构1,2。除了上述通用优势外，基于光学偶极跃迁中轨道选择定则的激光-SARPES 还可作为一种新颖的技术，用于可视化波函数中的自旋-轨道耦合效应以及量子自旋干涉现象。如图9和10所示，仅通过波片即可轻松调节激光的偏振态，实现介于p偏振和s偏振之间的倾斜线偏振19。原则上，还可获得并使用圆偏振甚至椭圆偏振光进行激光-SARPES。这种可调谐的偏振多样性在传统的光源（如惰性气体放电灯和同步辐射）中难以实现。因此，偏振可调激光与具备三维自旋分辨能力的 SARPES 技术相结合，显著提升了光发射技术的探测能力。
为了在最佳条件下进行激光-SARPES实验，必须始终注意空间电荷效应12...

角分辨光电子能谱（ARPES）技术已发展成为研究固体中准粒子能带结构最强大的工具之一1。ARPES 最具吸引力的特点是能够进行能带映射，从而在能量和动量空间中表征电子态。原位配备自旋探测器（例如 Mott 探测器2,3）的自旋分辨 ARPES（SARPES）进一步使我们能够解析所观测能带结构的自旋特性4。由于 Mott 探测器可沿两个轴（x 和 z，或 y 和 z）测量自旋，因此结合两个 Mott 探测器还可实现三维空间中的自旋取向测定4,5。然而数十年来，SARPES 实验受限于其低探测效率（通常仅为自旋积分 ARPES 测量的 1/10000）3,4,5,6,7，这限制了能量和角度分辨率。近年来，基于交换散射的高效率自旋探测器——即所谓的极低能电子衍射（VLEED）探测器，显著提高了 SARPES 的能量分辨率7,8,9,10。使用该探测器后，数据质量显著提升，数据采集时间也大幅缩短。最近，SARPES 在研究自旋极化电子态方面取得了重大进展，尤其成功揭示了由自旋-轨道耦合效应导致的表面能带自旋纹理7。
本文中，我们采用具有可变偏振的真空紫外激光光源进行自旋分辨角分辨光电子能谱测量（激光-SARPES），并展示了该联合技术的显著优势。通过对 Bi2Se3 中自旋-轨道耦合表面态的研究，我们展示了激光-SARPES 的两种能力。首先，由于在偶极跃迁机制下线偏振激光遵循轨道选择定则，p-偏振光和 s-偏振光可选择性激发具有不同轨道对称性的本征波函数部分。因此，在 SARPES 中可实现轨道选择性激发，即轨道选择性 SARPES。其次，SARPES 中的三维（3D）自旋探测能够显示自旋量子轴的方向，并直接呈现光偏振依赖性的完整信息。在本实验方案中，我们简要描述了开展这一先进激光-SARPES 技术以研究强自旋-轨道耦合效应的方法学。
我们的激光-SARPES 系统位于东京大学固体物理研究所11。激光-SARPES 仪器的示意图如图1所示。偏振可调的7 eV激光光源12照射样品表面，使样品发射光电子。激光的偏振态通过基于MgF2的λ/2和λ/4波片自动控制，以选择性地使用线偏振和圆偏振光。半球形电子分析器对光电子进行校正，并分析其动能（Ekin）和发射角（θx和θy）。光电子强度被映射到由CCD相机监测的Ekin-θx屏幕上。该图像可直接转换为倒易空间中的能带结构。
对于SARPES测量，由电子分析器分析的具有特定发射角度和动能的光电子是&#160;通过一个90度光电子偏转器引导至两个VLEED型自旋探测器，并将光电子束聚焦到两个不同的Fe(001)靶上p(1×1) 氧终止薄膜。由靶材反射的光电子通过在每个自旋探测器中放置的通道电子倍增器进行单通道检测。VLEED 靶材可利用几何上相互正交排列的亥姆霍兹型电磁线圈进行磁化。磁化方向由双极性电容组控制。因此，双 VLEED 自旋探测器使我们能够三维分析光电子的自旋极化矢量。

<table><tbody><tr><td>DA30-L 半球形分析仪</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>银基环氧树脂</td><td>Epoxy Technology</td><td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Scotch 胶带</td><td>3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td>超高真空阀门</td><td>VAT</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>直线/旋转传动装置</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>传输杆</td><td>UHV design</td><td>PP 系列</td><td></td></tr><tr><td>摆动棒</td><td>Ferrovac</td><td>WM40</td><td></td></tr><tr><td>Paladin compact 355</td><td>Coherent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>半波片</td><td>Kogakugiken</td><td></td><td>定制</td></tr><tr><td>双极性电容器组</td><td>Tsuji electronics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

结合偏振可变激光的自旋与角度分辨光电子能谱实验方法

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

本实验方案旨在介绍如何开展结合偏振可调7 eV激光器的自旋-角度分辨光电子能谱（激光-SARPES），并展示该技术在凝聚态物理研究中的强大能力。激光-SARPES具备两项重要优势：首先，通过分析线偏振激光的轨道选择定则，可在SAPRES实验中实现轨道选择性激发；其次，该技术能够完整呈现自旋量子轴随光偏振方向变化的全部信息。为展示激光-SARPES中上述能力协同作用的优势，我们将该技术应用于Bi2Se3的自旋-轨道耦合表面态研究。该方法能够从自旋-轨道耦合的波函数中分解出自旋和轨道成分。此外，利用直接自旋探测与偏振可调激光相结合的典型优势，该技术可清晰地三维可视化自旋量子轴对光偏振的依赖关系。激光-SARPES显著提升了光电子能谱技术的探测能力。

在开始自旋分辨角分辨光电子能谱（SARPES）实验之前，需利用高统计性、高能量分辨率和高角度分辨率的自旋积分ARPES结果，精确确定用于采集自旋分辨谱的k点位置（见实验方案5.1–5.5）。图7展示了Bi2Se3单晶的ARPES结果，对此进行了说明。该材料是一种典型的拓扑绝缘体，具有自旋极化的表面态14,15。ARPES能带图清晰地分辨出二维表面态所呈现的陡峭类狄拉克锥能带色散关系16。ARPES结果证实了样品解理表面质量高且取向正确。根据能带图及费米面成像所提供的能量与动量信息，现在可选定SARPES实验所需的特定发射角度。
...

在此，我们将偏振可调的7-eV激光与自旋和角度分辨光电子能谱技术相结合，以可视化固体中的自旋-轨道耦合效应。

本实验方案旨在介绍如何结合偏振可调的7-eV激光，开展自旋-和角度分辨光电子能谱测量。

自旋角分辨光电子能谱（SARPES）是一种用于研究固体电子结构（包括其自旋信息）的强大技术。在本方法中，我们将该技术与偏振可调的7-eV激光器相结合，从而能够非常精确地测定电子自旋结构。以往，SARPES通常使用同步辐射或稀有气体放电灯作为光源。与该方法相比，使用偏振可调的7-eV激光器是一项重大改进。利用波片可以轻松控制激光束的偏振方向。通过利用这一特性，我们能够完整追踪对光偏振敏感的电子自旋行为。光电子自旋反应依赖于光的偏振态，这体现了自旋-轨道耦合和自旋干涉等多种物理意义。因此，我们的技术可逐步用于凝聚态物理的研究。首先，切割出碲化铋单晶样品，并使用银基环氧树脂将其粘接到样品支架上。待环氧树脂固化后，将一片透明胶带贴在样品表面。然后，将样品架转移到超高真空负荷锁中，并启动抽气泵，直至负荷锁内的压力低于1×10⁻⁵ Pa。接下来，打开负荷锁与制备室之间的超高真空阀，利用负荷锁室上连接的传动机构，将样品架从负荷锁转移至制备室。然后，使用转移杆从样品架上取下样品，再将样品架放回负荷锁中，并关闭超高真空阀。等待制备室内的压力降至低于5 × 10⁻⁷ Pa后，使用制备室内的摆动杆将透明胶带从硒化铋表面剥离。这将切割样品，产生一个原子级清洁的表面。将样品转移至超高真空测量腔室。在那里，使用螺丝刀将样品固定在主测角仪平台上。然后，将载物台移至测量位置，并使用千分尺载物台精确地将样品定位到光谱仪的焦点上。接着，打开掺钕钒酸钇激光器，预热10至15分钟。打开激光光束快门，并确保激光通过一块氟硼酸钾铍晶体，以产生177纳米的二次谐波。通过使用可变衰减器调节355纳米激光器的功率，优化七电子伏特激光器的功率。首先，打开分析仪控制软件。在序列菜单中，选择设置，然后从列表中选择ARPES配置和ARPES扫描，以结合光电子偏转器进行费米面扫描。单击编辑，配置费米面测量参数，使发射角范围从 -12 度到 +12 度，步长为 0.5 度，总步数为 49。设置完成后，返回序列菜单并选择运行。半球形分析器配备有电子偏转器，使我们能够在不旋转样品的情况下完成费米面的测绘。手动调整自旋和角度分辨光电子能谱测量的仪器设置。这包括更改分析器入口狭缝和光阑尺寸。在软件中，选择设置，从选项列表中选择自旋构型和法线方向，然后点击确定。接下来，在菜单栏中选择 DA30，然后进入控制 theta 选项。这将打开 DA30 角度配置的设置面板。在面板中，将 theta x 的发射角设置为负六度，theta y 的发射角设置为零度。然后，使用命令提示符通过控制双极性电容器组来施加磁场。这将使V型引线的目标沿x、y或z轴方向被磁化。设置完成后，单击“运行”以获取强度谱。接下来，施加磁场使v-lead靶沿轴向负方向磁化，并运行扫描以获取另一组强度谱。完成后，计算自旋极化率及自旋分辨谱。通过命令行控制步进电机，精确调节半波片的角度，从而调节7电子伏激光的光偏振方向。然后，分别对 x、y 和 z 轴获取自旋分辨谱。在半波片角度从 0 度变化到 102 度、步长为 3 度的条件下，扫描光偏振依赖的自旋分辨谱。铋硒化物是一种典型的拓扑绝缘体，具有自旋极化的表面态。所获得的硒化铋表面态费米面图显示为近似圆形。随后沿高对称线进行能带映射，显示出X形的能量色散，即所谓的狄拉克锥。根据这些结果，现在可以选择SARPES实验的特定发射角度。当在表面能带的负kF处取theta x等于负六度、theta y等于零度时，不同磁化方向的能量分布曲线在费米能级附近出现强度峰值。两条谱线在峰值附近的强度不同。根据两者强度的差异，可以计算出自旋极化随能量和自旋分辨谱的变化。显然，自旋向上的谱具有峰状结构，而自旋向下的谱则相对平坦。这反映了接近100%的自旋极化。当对不同轴向进行相同测量并使用不同光偏振时，电子的自旋方向及其偏振依赖性清晰可见。对于 p 偏振光，数据明确显示仅沿 y 方向存在正的 100% 自旋极化，而在 x 和 z 方向上无自旋极化。有趣的是，当将光偏振从 p 偏振切换为 s 偏振时，自旋极化的符号也随之改变，变为 s 偏振下的负 100%，且仍无 x 和 z 方向的自旋分量。由于获得了完整的自旋信息，电子的自旋旋转在三维空间中被完全解析。我们展示了基于偏振可调激光器的自旋分辨角分辨光电子能谱（SARPES）在铋硒化物自旋极化初态研究中的强大能力。这使得我们能够直接观测电子自旋及其随光偏振变化的情况。该技术可轻松应用于许多其他物理系统。我们的实验表明，即使光场发生微小变化，也确实能在三维空间中重新调控光电子自旋。样品的照明方式至关重要。必须注意实验几何构型，以正确理解数据。

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工程

自旋角分辨光电子光谱与偏振变激光相结合的实验方法

该方法的总体目标是利用同步辐射角分辨光电子能谱技术，在超低温条件下测定固体的低能电子结构。...

超低温角分辨光电子能谱学

在利用自旋回波分辨掠入射散射（SERGIS）作为中子散射技术探测不规则样品中长度尺度方面已取得进展。采用SERGIS技术对[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯的微晶进行了探测，并通过光学显微镜和原子力显微镜验证了结果。...

利用中子自旋回声分辨掠入射散射技术研究有机太阳能电池材料

本文介绍了一种用于检测并自动实现预调节非线性偏振旋转光纤激光器锁模的方案。该方法利用锁模发生时输出偏振态的突变进行检测，并据此控制腔内偏振控制器的调节，以寻找锁模条件。...

通过输出偏振测量实现非线性偏振旋转光纤激光器的锁模自动化

该论文描述了一种结合了激光极限分辨率和光致发光（PL）光谱技术的声子辅助准共振荧光光谱方法。该方法利用光学声子，在能量域内为类原子半导体结构提供线宽极限分辨率的光谱。此外，该方法仅需使用单台光谱仪的光学光谱装置即可轻松实现。...

高分辨率声子辅助准共振荧光光谱技术

我们提出了一种利用高分辨率库仑爆炸成像装置创建分子转动波包实时电影的实验方案。...

直接成像激光驱动的超快分子转动

本方案描述了用于测定光发射体与源于周期性阵列的类布洛赫表面等离激元激子之间激发和耦合速率的仪器方法。...

光发射体与表面等离激元极化激元之间激发和耦合速率的测定

本文介绍了一种阴离子物种的光电子成像实验方案。在真空中生成的阴离子通过质谱法进行质量分离后，利用速度成像光电子成像技术进行探测，从而获得阴离子及其对应中性物种的能级结构、几何构型以及阴离子电子态特性的详细信息。...

阴离子的光电子成像：以310 nm光剥离F−为例

我们描述了一种基于多量子干涉效应的光学系统，用于产生无条件的偏振纠缠光子，并结合一种检测方案来估计所产生纠缠光子的实验保真度。...

基于多量子干涉的无条件偏振纠缠光子产生光子系统

光子能带结构能够帮助理解受限电磁模式在光子晶体中的传播方式。在包含磁性元素的光子晶体中，这些受限且共振的光学模式伴随着增强和改变的磁光效应。我们描述了一种通过傅里叶空间显微术提取磁光能带结构的测量方法。...

光子纳米结构的光谱与角度分辨磁光表征

本文介绍了一种通过最大化离子阱中多普勒冷却的25Mg+离子发射的荧光计数来测量真空窗口双折射的方法。真空窗口的双折射会改变激光的偏振态，可通过调节外部波片的方位角进行补偿。...

使用25Mg+荧光原位测量真空窗口双折射

本文介绍了如何应用偏振敏感双光子显微镜来表征无标记淀粉样超结构——球晶内部的局部有序性。同时描述了样品的制备与测量方法、所需装置的组装过程，以及数据分析流程，以获取关于淀粉样纤维局部排列结构的信息。...

偏振敏感双光子显微镜用于无标记淀粉样蛋白结构表征

探索自旋角分辨光电子光谱与偏振可变7电子伏激光相结合的方法，用于精确测定固体材料中的电子自旋结构。该技术可清晰观测自旋轨道耦合效应，为凝聚态物理和自旋电子学研究提供重要工具。

结合偏振可变激光的自旋与角度分辨光电子能谱实验方法

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