Name: Angle-Photoemissionsspektroskopie Bei extrem niedrigen Temperaturen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-10-09T12:55:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: Erfahren Sie hochauflösende ARPES zur Bestimmung der elektronischen Struktur von Festkörpern bei ultratiefen Temperaturen unter 1 K mit Synchrotronstrahlung.

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Wir danken für die Hilfe von Rolf Follath, Roland Hübel, K. Möhler, Dmytro Inosov, Jörg Fink, Andreas Koitzsch, Bernd Büchner, Andrei Varykhalov, Emile Rienks, Oliver Rader, Setti Thirupathaiah, Denis Vyalikh, Sergey Molodtsov, Clemens Laubschat, Ramona Weber, Hermann Dürr, Wolfgang Eberhardt, Christian Jung, Thomas Blume, Gerd Reichardt, David Batchelor, Kai Godehusen, Martin Knupfer, Stefan Leßny, Dirk Lindackers, Stefan Leger, Ralf Voigtländer, Ronny Schönfelder, der die &quot;1-cubed&quot; Projekt konzipiert , konstruiert, gebaut und in Betrieb genommen Beamline und End-Station sowie vorgesehenen organisatorischen und Anwender-Support. Das Projekt &quot;1-gewürfelt ARPES&quot; ​​wurde durch das BMBF &quot;Höchste Auflösung ARPES&quot; ​​finanziert als auch direkt durch BESSYII und IFW-Dresden. Diese besondere Arbeit des DFG-Schwerpunktprogramms SPP1458 unterstützt wurde, gewährt ZA 654/1-1, BO1912/3-1 und BO1912/2-2. EG und BPD thank der Fakultät für Informatik an der University of Johannesburg für Reisen Finanzierung. AV, RF und MC danken für die Unterstützung aus dem EU -FP7/2007-2013 unter Finanzhilfevereinbarung N. 264098 - MAMA.

Ein. Montage der Probe <ol><li> Dieses Experiment verwendet Synchrotronstrahlung vom BESSY des Helmholtz-Zentrum Berlin. Die Photonen reisen Beamline unsere Endstation, wo eine Probe montiert ist. </li><li> Beginnen mit einem Einkristall aus dem zu untersuchenden Material, hier Strontiumruthenat. Verwenden Silber basierenden Epoxy zu kleben die Probe in den Probenhalter. Die auf Silber basierende Epoxy sorgt für eine gute thermische und elektrische Kontakt. </li><li> Kleben Sie einen Aluminium-top-post an die Oberfläche des Einkristall-. Die Top-Nachricht wird zu spalten Probe im Ultrahochvakuum verwendet werden, um eine atomar saubere Oberfläche freizulegen. </li><li> Montieren des Probenhalters in der Ladeschleuse. </li></ol> 2. Erreichen Ultra-Hochvakuum und thermische Isolation <ol><li> Beginnen Evakuieren der Ladeschleusenkammer zu einer Kontamination der Ultra-Hochvakuumkammer minimieren. </li><li> Überwachen Sie den Druck. Sobald ein Druck von etwa 10 -8 mbar wurdeerreicht, übertragen die Montage der Vorbereitung Kammer, und anschließend auf die wichtigsten chamber.The kalte Finger und Probenhalter wurden speziell entwickelt, um die bestmögliche thermischen Kontakt mit dem Helium Topf garantieren. </li><li> Diese Demoversionen zeigen, wie dies durch die Verwendung Kegelflächen um die Kontaktfläche zu erhöhen erreicht. Die Kegelflächen gegeneinander gedrückt und der Probenhalter und Kühlfinger sind fest an seinem Platz unter Verwendung eines Titan Mutter und Schraube fixiert. </li></ol> 3. Positionieren und Abkühlen der Probe <ol><li> Der nächste Schritt ist die Orientierung der Probe innerhalb des kalten Finger entlang der Azimuth mit dem Transferarm. Fixieren der Position der Probe, indem die Mutter, während eine Gegenkraft mit der Tragarm an der gegenüberliegenden Seite der Kammer. </li><li> Spaltung der Probe durch Bewegen des Manipulators nach oben, so daß das oberste Beitrag durch Wechselwirkung mit dem Tragarm entfernt wird. </li><li> Mit der Strahl Verschluss geschlossen, bewegen die Probe in Position in der Strahllinie Verwendung des Manipulators. Sobald die Probe an Ort und Stelle sicher, dass die cryoshields richtig geschlossen sind. </li><li> Pumpen auf dem 1-K Topf zirkulieren und die Helium-3 Gas, um die Probe auf der Basis abkühlen. Die Temperatur wird nahe an der Probe gemessen und werden nicht während des Experiments zu ändern. </li><li> Öffnen Sie die Strahlshutter der Beamline. Mithilfe der Mikrometerschrauben an der Vorrichtung, um die Position der Probe einzustellen, damit sie an dem Fokus des Analysators Linse ist. Diese Einstellung ist entscheidend. </li></ol> 4. Sammeln von Daten <ol><li> Sobald die Einrichtung ist bereit, um den Winkel-resolved Modus des Analysators umzuschalten und das Spektrum in gepfeilten Modus. Dies erzeugt Daten für zweidimensionale Energie-Winkel Plots. </li><li> Konstruieren Sie eine Fermi-Fläche Karte mithilfe der Daten. Wählen Polarwinkel, die Fermi Bahnübergänge für das Studium der supe entsprechenrconducting Lücke Strontiumruthenat. </li><li> Nimm hochaufgelöste Spektren bei den gewählten Polarwinkel oberhalb und unterhalb der Sprungtemperatur des Strontiumruthenat, um das Verhalten des supraleitenden Spalt untersuchen. </li></ol>

<ol><li>Borisenko, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-Sign+Order+Parameter+in+Iron+Based+Superconductor%5BTitle%5D)+AND+%22Symmetry%22%5BJournal%5D)">One-Sign Order Parameter in Iron Based Superconductor.</a> Symmetry. 4, 251-264 (2012).</li>
<li>Maeno, Y., Hashimoto, H., Yoshida, K., Nishizaki, S., Fujita, T., Bednorz, J. G., Lichtenberg, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superconductivity+in+a+layered+perovskite+without+copper%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+%28London%29%22%5BJournal%5D)">Superconductivity in a layered perovskite without copper.</a> Nature (London). 372, 532(1994).</li>
<li>Singh, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+of+Sr2RuO4+to+the+superconducting+layered+cuprates%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Relationship of Sr2RuO4 to the superconducting layered cuprates.</a> Phys. Rev. B. 52, 1358(1995).</li>
<li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+and+bulk+electronic+structure+of+the+unconventional+superconductor+Sr2RuO4%3A+unusual+splitting+of+the+%CE%B2+band%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Surface and bulk electronic structure of the unconventional superconductor Sr2RuO4: unusual splitting of the β band.</a> New Journal of Physics. 14, 63039(2012).</li>
<li>Stöwe, K., Wagner, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystal+Structure+and+Calculated+Electronic+Band+Structure+of+ZrTe3%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Solid+State+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Crystal Structure and Calculated Electronic Band Structure of ZrTe3.</a> Journal of Solid State Chemistry. 138, 160-168 (1998).</li>
<li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Momentum+and+temperature+dependence+of+renormalization+effects+in+the+high-temperature+superconductor+YBa2Cu3O7-%CE%B4%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Momentum and temperature dependence of renormalization effects in the high-temperature superconductor YBa2Cu3O7-δ.</a> Phys. Rev. B. 76, 064519(2007).</li>
<li>Zabolotnyy, V. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disentangling+surface+and+bulk+photoemission+using+circularly+polarized+light%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Disentangling surface and bulk photoemission using circularly polarized light.</a> Phys. Rev. B. 76, 024502(2007).</li>
<li>Kordyuk, A. A., Borisenko, S. V., Kim, T. K., Nenkov, K. A., Knupfer, M., Fink, J., Golden, M. S., Berger, H., Follath, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Origin+of+the+Peak-Dip-Hump+Line+Shape+in+the+Superconducting-State+%28%CF%80%2C0%29+Photoemission+Spectra+of+Bi2Sr2CaCu2O8%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Origin of the Peak-Dip-Hump Line Shape in the Superconducting-State (π,0) Photoemission Spectra of Bi2Sr2CaCu2O8.</a> Phys. Rev. Lett. 89, 077003(2002).</li>
<li>Inosov, D. S., Fink, J., Kordyuk, A. A., Borisenko, S. V., Zabolotnyy, V. B., Schuster, R., Knupfer, M., B?chner, B., Follath, R., D?rr, H. A., Eberhardt, W., Hinkov, V., Keimer, B., Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Momentum+and+Energy+Dependence+of+the+Anomalous+High-Energy+Dispersion+in+the+Electronic+Structure+of+High+Temperature+Superconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Momentum and Energy Dependence of the Anomalous High-Energy Dispersion in the Electronic Structure of High Temperature Superconductors.</a> Phys. Rev. Lett. 99, 237002(2007).</li>
<li>Inosov, D. S., Schuster, R., Kordyuk, A. A., Fink, J., Borisenko, S. V., Zabolotnyy, V. B., Evtushinsky, D. V., Knupfer, M., B?chner, B., Follath, R., Berger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitation+energy+map+of+high-energy+dispersion+anomalies+in+cuprates%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Excitation energy map of high-energy dispersion anomalies in cuprates.</a> Phys. Rev. B. 77, 212504(2008).</li>
<li>Hüfner, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aH%C3%BCfner%2C+S+%22Photoelectron+Spectroscopy%2C+Principles+and+Applications%22">Photoelectron Spectroscopy, Principles and Applications</a>. , 2nd Edition, Springer Verlag. Heidelberg. (1996).</li>
</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Wie oben gezeigt wird, ist das Verfahren sehr effizient implementiert bei der Untersuchung der Niedrigenergie-elektronische Struktur von Einkristallen. Aktuelle instrumental Verbesserungen ARPES von einem bloßen Charakterisierung und band-Mapping-Tool verwandelte sich in ein ausgeklügeltes Vielteilchen-Spektroskopie. Ein modernes Experiment liefert Informationen über die elektronische Struktur eines Festkörpers oder einer Nano-Objekt mit einem neuen Maß an Präzision. Der Zugang zum Fermifläche im Fall eines Metalls erla...

Heutzutage ARPES wird häufig verwendet, um die elektronische Struktur von Festkörpern zu bestimmen. Üblicherweise werden verschiedene Varianten dieser Methode durch die Quelle der Strahlung benötigt wird, um die Elektronen anzuregen definiert. Wir verwenden Synchrotronstrahlung, da es eine einmalige Gelegenheit, die Polarisation und die Anregung Photonenenergie in einem breiten Energiebereich abzustimmen bietet und sich durch eine hohe Intensität, geringe Bandbreite (Unsicherheit in der Energie hn) gekennzeichnet, und es kann zu einem schmalen Strahl fokussiert werden, um zu sammeln Fotoelektronen von einer Stelle von einigen zehn Mikrometern. Synchrotron-Strahlung wird in Elektronenspeicherring Ringe zwingen Elektronen, die in der Ring mit einer Energie in der Größenordnung von 2 GeV ** durch periodische Anordnungen von starken Magneten (Undulatoren) übergeben generiert. Das Magnetfeld lenkt die Elektronen und wenn eine solche schnelle Elektronen ihre Richtung ändern sie strahlen. Genau diese Strahlung wird dann in die so genannte Beamline wo es weiter monochromatisiert gerichtet istdurch ein Beugungsgitter und sich auf der Oberfläche der Probe durch mehrere Spiegel. Es gibt viele solcher Einrichtungen auf der ganzen Welt. Unsere End-Station an einem der Strahlrohre des BESSY, die dem Helmholtz-Zentrum Berlin gehört entfernt. Das Kernstück dieses ARPES Anlage ist die Elektronen-Energie-Analysator (Abbildung 1). Da wir sowohl die kinetische Energie und Winkel, in denen die Elektronen verlassen die Oberfläche interessiert sind, ist es sehr bequem, um sie in einer Messung zu erkennen. Ein sehr einfaches Prinzip ermöglicht dieser Ansatz eine Realität. Als in basischem Experiment mit einer optischen Linse, die eine ebene Welle konzentriert in den Punkt in der hinteren Brennebene somit Durchführen räumlichen Fourier-Transformation, die elektronenoptische Linse projiziert Elektronen, die die Oberfläche bei bestimmten Winkel zu einem Punkt in der Fokusebene übrig ( Abbildung 1). Auf eine solche Weise erhalten wir Zugang zu dem Kehrwert, dh Impulse, Raum. Die Distanzence von der Vorwärtsrichtung in der Fokalebene entspricht dem Winkel und damit der Impuls des Photoelektronen. Nun werden die Elektronen in energetisch analysiert werden. Hierzu ist der Eintrittsspalt des Halbkugelanalysator genau in der Brennebene der elektronenoptischen Linse platziert. Spannungen auf beiden Halbkugeln sind so gewählt, daß nur die Elektronen mit bestimmten kinetischen Energie (pass energy) genau in der Mitte der beiden Halbkugeln und landen auf der Mittellinie der zweidimensionalen Detektor geführt werden. Solche, die schneller sind den Detektor näher an der äußeren Halbkugel getroffen, diejenigen, die langsamer sind, wird in Richtung der inneren Halbkugel abgelenkt werden. Auf eine solche Weise können wir die Photoemission Intensitätsverteilung als Funktion des Winkels und der kinetischen Energie gleichzeitig erhalten. Der Hauptvorteil des Ansatzes gegenüber bestehenden Verfahren ist die Verwendung der He 3 cryomanipulator. Es gibt mindestens zwei Gründe tragen out die Messungen bei niedrigen Temperaturen. Je höher die Temperatur des Materials, desto mehr verschmiert der elektronischen Zustände in Energie und Impuls werden. Um die elektronische Struktur mit hoher Präzision dieser Temperatur Verbreiterung muss vermieden werden bestimmen. Auch sind viele physikalische Eigenschaften temperaturabhängig, einige Ordnungsphänomene gesetzt in bei niedrigen Temperaturen und dem Wissen der elektronischen Struktur im Grundzustand des Systems, dh bei T = 0, ist von grundlegender Bedeutung. Einer der effektivsten Wege zur Abkühlung der Probe auf Zehntel Kelvin ist zu verflüssigen He 3 Gas. In vielen Experimenten erreichte sub-Kelvin Temperaturen ist nicht ein Problem, da Wärmestrahlung, der Hauptfeind der ultra-niedrigen Temperaturen effektiv abgeschirmt werden. Leider ist dies nicht der Fall in Photoemission Experimenten. Wir brauchen den freien Zugang für die einfallende Licht-und ausgehenden Elektronen liefern. Dies wird durch speziell Schlitze in drei ra realisiertstrahlung Schilde, mit unterschiedlichen Temperaturen. Um für die Wärmebelastung von der Photonenstrahl und Raumtemperatur Strahlung zu kompensieren, sollte die Kühlleistung des Kryostaten sehr hoch sein. Dies wird durch die sehr große Saugvermögen von zwei Pumpen, die den Dampfdruck über dem flüssigen He 3 zu verringern und so Kühlen der Kühlfinger und Probe erreicht. Die Design-Vorgaben unserer He 3-System machen es zum stärksten weltweit. Es ist vielleicht der einzige Ort auf der Welt, wo man einen 1 K kalten Oberfläche durch eine Raumtemperatur Fenster sehen können, die &quot;kältesten sichtbar&quot;. Die Skizze der modernen Photoemission Experiments ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Synchrotron-Strahl (gestrichelte grüne Linie) beleuchtet die 1 K kalten Oberfläche der Probe und regt Photoelektronen. Elektronen werden auf dem Eintrittsspalt des halbkugelförmigen Analysator, in der Neigung (sortiert projiziert Gelb, Magenta und Cyan-Spuren entsprechen DIFFEREnt Neigungswinkel) und dann werden in Form von kinetischer Energie analysiert. Abbildung 2 zeigt den typischen Intensitätsverteilung als Funktion der Neigungswinkel und kinetische Energie. Eine solche Intensitätsverteilung tatsächlich erwartet, da der Vergleich mit Bandstrukturrechnungen dieses Materials zeigt (rechte Tafel). Dies ist unser Fenster in reziproken Raum. Durch das Scannen Spannungen auf der Linse und Hemisphären und Drehen der Probe um die vertikale Achse (Polarwinkel) können wir die breite Bindungsenergie Bereich sowie weite Bereiche des reziproken Raum mit beispielloser Detail zu erforschen. Insbesondere Plotten Intensität im Fermi-Niveau als Funktion der beiden Komponenten des in der Ebene liegenden Impuls von Neigung und Polarwinkel berechnet haben wir direkten Zugriff auf das Fermi-Fläche (FS). * Unter &quot;Unsicherheit&quot; Wir verstehen die Versuchsleiter die beste Schätzung, wie weit ein experimentelles Menge könnte aus dem &quot;true seinWert. &quot; ** Der Niedrig-Energie-Ring kann eine Energie von ~ 0,8 GeV, die hochenergetische ein - bis zu 8 GeV.

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenz / Material </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Einkristalle von ZrTe 3 und TiSe 2 </td><td></td><td></td><td> gewachsen von Dr. Helmut Berger, EPFL, Lausanne </td></tr><tr><td> Einkristalle des Sr 2 RuO 4 </td><td></td><td></td><td> gewachsen durch die Gruppe von Dr. Antonio Vecchione </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> SAMPLES ZrTe 3, TiSe 2, Sr 2 RuO 4 </td></tr></tbody></table>

angle-photoemissionsspektroskopie bei extrem niedrigen temperaturen

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

Die physikalischen Eigenschaften eines Materials durch seine elektronische Struktur definiert. Elektronen in Feststoffe werden durch Energie (ω) und Impuls (k) und der Wahrscheinlichkeit, um sie in einem bestimmten Zustand zu finden mit gegebenen ω und k gekennzeichnet ist durch die spektrale beschriebene Funktion A (k, ω). Diese Funktion kann direkt in einem Experiment auf dem bekannten photoelektrischen Effekt gemessen werden, für die Erklärung von dem Albert Einstein erhielt den Nobelpreis zurück in 1921. In den photoelektrischen Effekt das Licht leuchtete auf einer Fläche stößt Elektronen aus dem Material. Nach Einstein ermöglicht Energieeinsparung ein, um die Energie eines Elektronenstrahls innerhalb der Probe zu bestimmen, sofern die Energie des Lichts Photon und kinetische Energie des ausgehenden Photoelektronen sind bekannt. Impulserhaltung macht es auch möglich, k es im Zusammenhang mit der momen abzuschätzentum der Photoelektronen durch Messen der Winkel, in dem die Photoelektronen verließ die Oberfläche. Die moderne Version dieser Technik genannt wird Angle-Photoemissionsspektroskopie (ARPES) und nutzt beide Erhaltungssätze, um die elektronische Struktur zu bestimmen, dh Energie und Impuls der Elektronen innerhalb des Festkörpers. Um die Details von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der aktuellen Probleme der Physik der kondensierten Materie zu lösen, müssen drei Größen minimiert werden: Unsicherheit * in Photonenenergie, Unsicherheit in kinetische Energie der Photoelektronen und Temperatur der Probe. In unserem Ansatz vereinen wir drei jüngsten Erfolge auf dem Gebiet der Synchrotronstrahlung, Oberflächenphysik und Kryotechnik. Wir verwenden Synchrotronstrahlung mit abstimmbaren Photonen-Energie beiträgt eine Unsicherheit in der Größenordnung von 1 MeV, einer Elektronenenergie-Analysator, der die kinetischen Energien detektiert, mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1 MeV und eine He 3 Kryostaten whIch können wir die Temperatur der Probe unter 1 K. halten Wir diskutieren die exemplarische Ergebnisse an Einkristallen von Sr 2 RuO 4 und einigen anderen Materialien erhalten. Die elektronische Struktur dieses Materials kann mit einer beispiellosen Klarheit bestimmt werden.

Die ultra-niedrigen Temperaturen von unserem Setup zusammen mit der hohen Auflösung der Beamline und Analysator ermöglichen es uns, Spektren mit sehr hohen Gesamtwirkungsgrad Auflösung aufzeichnen. Dies ist in Abbildung 3 dargestellt. Die üblichen Test der Energieauflösung ist, um die Breite des Fermi Kante eines Metalls messen. In diesem Fall ist es eine frisch eingedampft Indium Film. Die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) der Gauß, die, wenn mit dem Schritt-Funktion gefaltet genau beschreibt die ...

Das übergeordnete Ziel dieser Methode ist es, die Niedrig-Energie-elektronischen Struktur von Festkörpern bei extrem niedrigen Temperaturen mit Angle-Photoemissionsspektroskopie mit Synchrotronstrahlung zu bestimmen.

Angle-Photoemissionsspektroskopie Bei extrem niedrigen Temperaturen

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die niederenergetische elektronische Struktur von Festkörpern bei ultratiefen Temperaturen mit Hilfe der winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie oder arrp pez mit Synchrotronstrahlung zu bestimmen. In der Ultrahochvakuumkammer, die an der Strahllinie befestigt ist, wird ein Einkristall des untersuchten Materials gespalten, wodurch in einem zweiten Schritt eine atomar saubere Oberfläche freigelegt wird. Die Probe wird unter ein Kelvin gekühlt, was eine minimale Temperaturverbreiterung und die Nähe zum Grundzustand des Materials gewährleistet.Als nächstes wird die Intensität der Photoemission in Abhängigkeit von Neigung, Winkel und Energie sowie statischer Geometrie aufgezeichnet. Durch Drehen der Probe können Informationen aus einem großen Teil des Impulsenergieraums gesammelt werden, der benötigt wird, um die Festigungsoberflächenkarte und die Dispersionen nahe dem festen Niveau zu erhalten. Es werden Ergebnisse erhalten, die zeigen, dass die niederenergetische elektronische Struktur komplexer Materialien mit bisher unerreichter Klarheit und Auflösung bestimmt werden kann. Die Verwendung des Helium-Drei-Kryo-Manipulators und des Synchrotron-basierten Arrp-e-Winkelergebnisses für die Emissionsspektroskopie ist eine Technik, die auf einem einfachen photoelektrischen Effekt basiert, der vor mehr als einem Jahrhundert entdeckt und erklärt wurde.Wir verwenden diese Technik heute, um die elektronische Struktur von Festkörpern mit einer sehr hohen Präzision zu bestimmen. In unserem Ansatz. Wir nutzen drei neueste Errungenschaften aus den Bereichen Synchrotronstrahlung, Oberflächenwissenschaften und Kryotechnik.Wir verwenden abstimmbare Exsudationsfotobilder, die mit Sicherheit ein Millielektron Walt beitrugen. Wir detektieren die kinetische Energie unserer Photoelektronen mit einer Unsicherheit von einem Millielektron Walt, und was ist wichtiger? Wir verwenden Helium-Drei-Kryostaten, die es ermöglichen, die Temperatur unserer Proben unter einer Säule zu halten.Wegen dieser drei nennen wir unser System einen Würfel, wir verwenden einen speziell entwickelten Helium-Drei-Kryostaten, der einen freien Zugang für das einfallende Licht und die austretenden Elektronen bietet. Das Design unseres Systems macht es zum leistungsstärksten der Welt. Tatsächlich. Mit diesem System ist es möglich, eine Oberfläche an einer Säule durch das Raumtemperaturfenster zu sehen.Mit dieser Technik und diesem Aufbau können wir zentrale Fragen im Bereich der elektronischen Systeme beantworten. Insbesondere für die Supraleitung können wir die Struktur des anderen Parameters bestimmen, um herauszufinden, was das Phänomen antreibt. Dieses Experiment nutzt die Synchrotronstrahlung, die vom Bessie-Speicherring des Steuerwerks, dem Holt Centrum Berlin, erzeugt wird.Die Photonen wandern über eine Beamline zu unserer Endstation, wo eine Probe montiert wird. Beginnen Sie mit einem Einkristall des hier zu untersuchenden Materials. STR-Urinat verwendet Epoxidharz auf Silberbasis, um die Probe auf den Probenhalter zu kleben.Das Epoxidharz auf Silberbasis sorgt für einen guten thermischen und elektrischen Kontaktkleber. Ein Aluminium-Toppfosten an der Oberfläche des Einkristalls. Der obere Pfosten wird verwendet, um die Probe im Ultrahochvakuum zu spalten, um eine anatomisch saubere Oberflächenhalterung freizulegen, der Probenhalter in der Lastschleuse beginnt mit der Evakuierung der Lastschleuse, um die Kontamination der Ultrahochvakuumkammer zu minimieren.Überwachen Sie den Druck. Sobald ein Druck von etwa 10 bis minus acht Millibar erreicht ist, wird die Baugruppe in die Vorbereitungskammer und anschließend in die Hauptkammer überführt. Der kalte Finger und der Probenhalter wurden speziell entwickelt, um den bestmöglichen thermischen Kontakt mit dem Heliumtopf zu gewährleisten.Diese Demonstrationsversionen zeigen, wie dies erreicht wird, indem konische Flächen verwendet werden, um die Kontaktfläche zu vergrößern. Die konischen Flächen werden gegeneinander gedrückt und der Probenhalter und der kalte Finger werden mit einer Titanschraube fest fixiert. Das Transfersystem wurde so konzipiert, dass der thermische Kontakt mit der Baugruppe minimiert wird, wie in dieser Demonstrationseinheit zu sehen ist.Dies wird durch die Verwendung eines dünnen Titanrohrs mit mehreren Öffnungen als Haupttragelement der Baugruppe erreicht. Am Ende des Transferarms wird ein federbetätigter Schraubendreher im Inneren der Baugruppe verwendet, um die Winkelposition der Probe einzustellen. Der nächste Schritt besteht darin, die Probe innerhalb des kalten Fingers mit Hilfe des Transferarms entlang des Asmuts auszurichten.Fixieren Sie die Position der Probe, indem Sie die Mutter festziehen, während Sie eine Gegenkraft ausüben, wobei der Stützarm an der gegenüberliegenden Seite der Kammer befestigt ist. Die Probe wird gespalten, indem der Manipulator nach oben bewegt wird, so dass der obere Pfosten durch Wechselwirkung mit dem Stützarm entfernt wird. Bewegen Sie die Probe bei geschlossenem Strahlverschluss mit dem Manipulator in Position in der Strahllinie.Sobald die Probe an Ort und Stelle ist, stellen Sie sicher, dass die Kryo-Schilde richtig geschlossen sind. Beginnen Sie mit dem Pumpen des Ein-Kelvin-Topfes und zirkulieren Sie das Helium-Drei-Gas, um die Probe auf die Basistemperatur abzukühlen. Öffnen Sie den Strahlverschluss der Strahllinie.Mit den Mikrometerschrauben am Gerät stellen Sie die Position der Probe so ein, dass sie sich im Fokus der Analysatorlinse befindet. Diese Anpassung ist entscheidend. Sobald die Einrichtung abgeschlossen ist, wechseln Sie in den winkelaufgelösten Modus des Analysators und zeichnen Sie das Spektrum im Sweep-Modus auf.Dadurch werden Daten für zweidimensionale Energiewinkeldiagramme generiert. Führen Sie mit den Daten eine Fury-Oberflächenkarte durch. Wählen Sie Polarwinkel aus, die festen Bahnübergängen entsprechen.Für die Untersuchung der supraleitenden Lücke des Schichturinats werden hochauflösende Spektren bei den gewählten Polarwinkeln oberhalb und unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur der Schicht urinieren, um das Verhalten der supraleitenden Lücke zu untersuchen. Hier ist die Intensität des Photoelektronen in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Energie dargestellt. Für eine Probe von Zirkonium drei Tellurid.Vergleichen Sie dies mit der theoretischen Bandstrukturberechnung für das gleiche Material. Ein Standardtest für die Energieauflösung besteht darin, die volle Breite bei halbem Maximum des Gaußschen Wertes zu messen, der, wenn er mit der Stufenfunktion gefaltet wird, die feste Kante beschreibt. Die Gaußsche volle Breite bei halber maximal genutzter Passform.Diese Daten für frisch verdampftes Indium liegen in der Größenordnung von zwei Millielektronenvol. Hier ist ein Diagramm der Energieverteilungskurve in einer supraleitenden Probe von Lithium-Ionen-Arsenid, die mit dem System entnommen wurde. Ein weiteres Beispiel für die Auflösung, die hier erreicht werden kann, ist die Impulsverteilungskurve auf dem Festigungsniveau von Zirkonium-3-Tellurid.Die erwartete Gesamtenergieauflösung des Systems wird durch die hier gezeigte Formel ausgedrückt. Die tatsächliche Performance liegt sehr nahe an diesem Ziel. Auf der linken Seite ist ein typisches Spektrum zu sehen, das zur Untersuchung der supraleitenden Lücke des Stratum Brunat für T gleich 970 Millikelvin aufgenommen wurde.Der Pfeil zeigt den Impuls an, der der Energieverteilungskurve auf der rechten Seite entspricht. Das Bild rechts zeigt die Verschiebung der Vorderkante der integrierten Energieverteilungskurve für eine Probe von str und Urinat über und unter der supraleitenden Sprungtemperatur. Das für die Berechnung verwendete Spektrum ist links dargestellt.Das Momentum-Fenster wird durch die Breite des roten Pfeils angezeigt. Die Lücke entspricht als weiteres Beispiel einem Punkt der festigenden Oberfläche auf dem Band in der Nähe der Diagonale der Brill-Wandzone. Hier ist die Verschiebung der Energieverteilungskurve in Abhängigkeit von der Temperatur von einem anderen Punkt auf der firmi-Oberfläche des Stuts.Schließlich ermöglicht das System die Messung des typischen Temperaturverhaltens der Bindungsenergie der Eintrittskante in der Nähe der Kreuzung zweier Fury-Oberflächen. Einmal gemeistert, kann diese Technik innerhalb von acht Stunden durchgeführt werden, wenn alles richtig ausgeführt wird. Das ist innerhalb einer Schicht einer typischen syn-Zonenoperation.Bei diesem Verfahren ist es sehr wichtig, alle beschriebenen Schritte mit einem hohen Maß an Vorsichtsmaßnahmen zu befolgen und die Probe während des Probentransfers zu entnehmen. Eine erfolglose Spaltung aufgrund einer schlechten Probenvorbereitung oder einfach nur schlechter Einstellungen kann zum Scheitern des gesamten Experiments führen. Diese Technik liefert Informationen über die elektronische Struktur eines Festkörpers oder eines Inana-Objekts.Mit der neuen Genauigkeitsstufe haben wir Zugriff auf die festen Oberflächenkarten, die Biegedispersion und den Vergleich mit diesen Daten, mit den EB-Biegestrukturberechnungen können wir die Bandbreitenrandomisierung oder Geschwindigkeitsnormalisierung bestimmen. So können wir über die Komplexität der Materialien in Bezug auf die Zusammenhänge urteilen. Definierte Strukturen in der Nähe des festen Niveaus ermöglichen es, die Fingerabdrücke der Wechselwirkung zwischen den Elektronen und anderen Freiheitsgraden wie Phononen, Plasmin oder Magneten zu detektieren.Mit Hilfe der systematischen impulsabhängigen Studie kann man die Abhängigkeit der supraleitenden Lücke als Funktion des Impulses sehen. Auf diese Weise erhalten Sie Informationen über alle Parameter, ihre Symmetrie und Struktur. Dieses Experiment kann sowohl den ultimativen Test für die bestehenden Theorien darstellen als auch neue Forschungswege anregen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Das Manuskript beschreibt eine Methode der phonongestützten quasi-resonanten Fluoreszenzspektroskopie, die sowohl laserbegrenzte Auflösung als auch Photolumineszenzspektroskopie (PL) umfasst. Diese Methode nutzt optische Phononen, um linienbreitenbegrenzte Auflösungsspektren von atomartigen Halbleiterstrukturen im Energiebereich zu liefern. Die Methode lässt sich auch leicht mit einem optischen Spektroskopie-Aufbau mit einem einzigen Spektrometer realisieren.

Hohe Auflösung Phonon-unterstützte Quasi- Resonanzfluoreszenzspektroskopie

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) eine optische lumineszenz Linie bei 612 nm, deren Aktivierungseffizienz sinkt stark mit der Temperatur. Wenn eine mit einem dünnen Film aus diesem Material beschichtete Probe Mikro abgebildet ist, kann die 612 nm lumineszenten Reaktionsintensität in eine direkte Karte von Probenoberflächentemperatur umgewandelt werden.

Hochauflösende Thermal Micro-Bildgebung Europiumchelatlösung Lumineszente Coatings

Hier präsentieren wir Ihnen eine Methode, die spektroskopische Charakterisierung organischer Moleküle mittels zeitaufgelöste Photolumineszenz-Spektroskopie auf die Nanosekunden-Millisekunde Zeitskala in sauerstofffreien Bedingungen. Methoden, um effizient Sauerstoff aus den Proben zu entfernen und so zu begrenzen, Lumineszenz abschrecken werden ebenfalls beschrieben.

Zeitaufgelöste photophysikalischen Charakterisierung der Triplett-Ernte organische Verbindungen in einer sauerstofffreien Umgebung verwenden eine iCCD Kamera

Wir zeigen eine elektronische Methode um Nanosekunden gelöst kostenlos Dynamik von Dotierstoffen Atomen in Silizium mit einem Rastertunnelmikroskop zu beobachten.

Vollelektronische Nanosekunde gelöst Scanning Tunneling Microscopy: Erleichterung der Untersuchung der einzelnen Dotierstoff kostenlos Dynamik

Dieses Protokoll beschreibt die wichtigsten Schritte für die Durchführung und Analyse von Pumpe-Sonde Experimente einen optische Femtosekunden-Laser mit einem freie-Elektronen-Laser kombiniert, um ultraschnelle photochemische Reaktionen in der Gasphase Moleküle zu studieren.

Ein experimentelles Protokoll für Femtosekunden NIR/UV - XUV Pumpe-Probe Experimente mit freie-Elektronen-Laser

Hier kombinieren wir Polarisation-Variable 7-eV Laser mit Spin und Winkel gelöst fotoemission Technik, die Spin-Orbital Kupplung Wirkung in Festkörpern zu visualisieren.

Experimentelle Methoden für Spin - und Winkel-Resolved Photoemission Spectroscopy kombiniert mit Polarisation-Variable Laser

Hier präsentieren wir ein Protokoll für typische Experimente weich Röntgenabsorptionsspektroskopie (sXAS) und resonanten unelastische Röntgenstreuung (RIXS) mit Anwendungen in Batterie Materialstudien.

Elementar-Sensitive Detektion der Chemie in Batterien durch weiche Röntgenabsorptionsspektroskopie und resonanten unelastische Röntgenstreuung

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die Photoelektronen Bildgebung anionischen Spezies. Anionen im Vakuum erzeugt und durch Massenspektrometrie getrennt sind mit Geschwindigkeit zugeordnet Photoelektronik imaging, die Details der Anion und neutrale Energie, Anion und neutralen Struktur und das Wesen des Anion elektronische Staates sondiert.

Photoelektronen Bildgebung von Anionen illustriert von 310 Nm Ablösung der F−

Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll zum Sondieren ultraschnelle Schwingungs Zusammenhänge in polyatomaren radikale kationen, die molekulare Dissoziation führen.

Messung der ultraschnellen Schwingungs Zusammenhänge in polyatomaren radikale kationen mit Strong-Feld adiabatische Ionisation

Der Laser Diamantstempelzelle mit Synchrotronstrahlung Mikro-Beugung Techniken kombiniert ermöglicht es den Forschern, um die Natur und die Eigenschaften neuer Phasen der Materie unter extremen Druck und Temperatur (PT) Bedingungen zu erforschen. Heterogene Proben charakterisiert werden...

Synthese und Mikrodiffraktion bei extremen Drücken und Temperaturen

Erfahren Sie hochauflösende ARPES zur Bestimmung der elektronischen Struktur von Festkörpern bei ultratiefen Temperaturen unter 1 K mit Synchrotronstrahlung.

Angle-Photoemissionsspektroskopie Bei extrem niedrigen Temperaturen

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