Résolution angulaire spectroscopie de photoémission à très basse température

Résumé

L'objectif général de cette méthode consiste à déterminer la structure à basse énergie électronique des solides à des températures ultra basses à l'aide Angle-Resolved Spectroscopy photoémission avec le rayonnement synchrotron.

Résumé

Les propriétés physiques d'un matériau sont définis par la structure électronique. Les électrons dans les solides sont caractérisés par l'énergie (ω) et de l'élan (k) et la probabilité de les trouver dans un état ​​particulier avec ω k donné et est décrite par la fonction spectrale A. (K, ω) Cette fonction peut être directement mesurée dans une expérience basée sur l'effet photoélectrique bien connu, pour l'explication de Albert Einstein, qui a reçu le prix Nobel en 1921. Dans l'effet photoélectrique la lumière brille sur une surface éjecte des électrons de la matière. Selon Einstein, l'économie d'énergie permet de déterminer l'énergie d'un électron à l'intérieur de l'échantillon, à condition que l'énergie du photon de lumière et l'énergie cinétique du photoélectron sortant sont connus. Conservation de l'impulsion, il est également possible d'estimer k it relatif à la momentum du photoélectron en mesurant l'angle selon lequel le photo-électrons quitte la surface. La version moderne de cette technique est appelée spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES) et exploite les deux lois de conservation, afin de déterminer la structure électronique, de l'énergie et l'élan soit des électrons à l'intérieur du solide. Afin de résoudre les détails cruciaux pour la compréhension des problèmes actuels de la physique de la matière condensée, trois quantités doivent être minimisés: * incertitude sur l'énergie des photons, l'incertitude de l'énergie cinétique des photoélectrons et la température de l'échantillon.

Dans notre approche, nous combinons trois réalisations récentes dans le domaine du rayonnement synchrotron, science des surfaces et de la cryogénie. On utilise un rayonnement synchrotron avec l'énergie des photons accordable contribuant une incertitude de l'ordre de 1 meV, un analyseur d'énergie d'électrons, qui détecte les énergies cinétiques avec une précision de l'ordre de 1 meV et un cryostat ³ Il which nous permet de maintenir la température de l'échantillon en dessous de 1 K. Nous discutons les résultats obtenus exemplaires sur des monocristaux de Sr ₂ RuO ₄ et quelques autres matériaux. La structure électronique de ce matériau peut être déterminée avec une précision sans précédent.

Introduction

Aujourd'hui ARPES est largement utilisée pour déterminer la structure électronique des solides. Généralement, diverses variantes de ce procédé sont définis par la source de rayonnement nécessaire pour exciter les électrons. Nous utilisons le rayonnement synchrotron, car il offre une occasion unique de régler la polarisation et l'énergie des photons d'excitation dans une large gamme d'énergie et se caractérise par l'intensité élevée, faible bande passante (incertitude de l'énergie hn) et il peut être porté à un faisceau étroit de recueillir photoélectrons à partir d'une tache de quelques dizaines de microns. Le rayonnement synchrotron est g....

Protocole

1. Montage de l'échantillon

1. Cette expérience utilise le rayonnement synchrotron produit par l'anneau de stockage BESSY du Helmholtz-Zentrum Berlin. Les photons voyager une ligne de lumière à notre station terminale où un échantillon est monté.
2. Commencer avec un monocristal du matériau à étudier, ici ruthénate de strontium. Utiliser époxy à base d'argent pour de la colle à l'échantillon du porte-échantillon. L'époxyde à base d'argent assure un bon contact thermique et électrique.
3. Une colle aluminium haut-après à la surface de la monocristallin. Le poste de premier sera utilisé pour cliver l'échantillon en ultr....

Résultats

Les températures ultra-basses de notre installation ainsi que la résolution de la ligne de lumière et un analyseur de nous permettre d'enregistrer des spectres avec une résolution globale très élevé. Ceci est illustré dans la figure 3. Le test habituel de la résolution en énergie est de mesurer la largeur du bord de Fermi d'un métal. Dans ce cas, il s'agit d'un film fraîchement évaporé indium. La largeur totale à mi-hauteur (FWHM) de la gaussienne, qui, lorsqu'elle est convoluée avec.......

Discussion

Comme il est indiqué ci-dessus, la méthode mise en œuvre est très efficace dans l'étude de la structure électronique de faible énergie de monocristaux. Les récents progrès instrumentaux ont tourné ARPES d'une simple caractérisation et la bande outil de cartographie dans un complexe à plusieurs corps spectroscopie. Une expérience moderne fournit des informations sur la structure électronique d'un solide ou un nano-objet avec un niveau de précision. L'accès à la surface de Fermi dans le cas d'un métal,.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Nom de réactif / Matériel	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Des monocristaux de ZrTe 3 et TiSe 2			augmenté par le Dr Helmut Berger, EPFL, Lausanne
Des monocristaux de Sr 2 RuO 4			cultivées par le groupe du Dr Antonio Vecchione
			ÉCHANTILLONS ZrTe 3, TiSe 2, Sr 2 RuO 4