Name: Méthodes expérimentales de Spin - et Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy combiné avec polarisation Variable Laser (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Découvrez la spectroscopie photoélectronique résolue en spin et en angle combinée à un laser 7 eV à polarisation variable pour étudier le couplage spin-orbite dans les solides. Cette méthode améliore la précision de la détermination des structures de spin électronique.

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Nous remercions M. Nakayama, Toyohisa S., A. Fukushima et Y. Ishida pour prend en charge le montage expérimental. Nous sommes reconnaissants de la JSPS Grantin-aides de financement pour la recherche scientifique (B) par le biais de projet no 26287061 et pour les jeunes scientifiques (B) par le biais de projet no 15K 17675. Ce travail a été également soutenu par MEXT japonais (région innovante « topologique Materials Science, » Don no 16 H 00979) et JSPS KAKENHI (Grant No 16 H 02209)

1. montage et Installation de l’échantillon
<ol><li>Découpe des échantillons monocristallins de Bi2Se313 dans une taille approximative de 1 × 1 × 0,5 mm époxy3 et utilisation axée sur le ruban à coller l’échantillon pour le porte-échantillon.</li>
	<li>Collez le ruban adhésif sur la surface de l’échantillon. Remarque : Le ruban adhésif est utilisé en conjonction avec l’échantillon en ultra haute chambre du vide (UHV) afin d’obtenir une surface propre atomiquement.</li>
	<li>Installation de l’exemple dans la magazine dans la serrure de charge de l’échantillon et démarrer la pompe jusqu'à ce que la pression de l’écluse de la charge est inférieure à 1 × 10-5 PA.</li>
</ol>2. l’échantillon de clivage
<ol><li>Ouvrir la vanne d’UHV entre l’écluse de charge et de la chambre de préparation UHV.</li>
	<li>Déplacer le magazine échantillon du rocher de la charge à la chambre de préparation à l’aide de la traversée de linéaire/rotatif qui est attachée à l’écluse de charge.</li>
	<li>Saisissez l’exemple provient l’échantillon magazine par la tige de transfert jointe à la chambre de préparation.</li>
	<li>Remettre en place l’échantillon magazine dans la serrure de charge et fermer la vanne d’UHV.</li>
	<li>Attendre que la pression de la chambre de préparation est inférieur à 5 × 10-7 PA.</li>
	<li>Peler le ruban adhésif à l’aide de wobble bâton dans la chambre de préparation et s’attacher à l’échantillon sous la condition d’UHV.</li>
</ol>3. exemple transfert à la Position de mesure
<ol><li>Transférer l’échantillon dans la chambre de mesure UHV et difficulté de l’échantillon à la gonio-scène principale de la visseuse équipée de la chambre de mesure.</li>
	<li>Déplacer la gonio-scène à la position de mesure et le stade de micromètre pour déplacer précisément la position de l’échantillon sur la mise au point du spectromètre.</li>
</ol>4. installation de 7eV-laser
<ol><li>Allumer le laser Nd : YVO4. Remarque : Le laser génère de la lumière laser 355 nm avec une fréquence de répétition élevée de 120 MHz.</li>
	<li>Ouvrir l’obturateur de faisceau laser et veillez à ce que le laser traverse le cristal KBBF et une vague de seconde harmonique de 177 nm (6,994 eV) est généré.</li>
	<li>Optimiser la puissance du laser-7eV en changeant la puissance du laser 355 nm avec l’atténuateur variable.</li>
</ol>5. ARPES d’Acquisition de données
<ol><li>Ouvrez le logiciel de contrôle d’analyseur sur l’ordinateur de bureau. Remarque : Nous utilisons des « Logiciels de SES » qui est un programme général de contrôle ScientaOmicron analyzer avec un déflecteur d’électrons.</li>
	<li>Sélectionnez configuration... ci-dessous la séquence dans le menu bar (Figure 2, étape 1-i.2).</li>
	<li>Choisissez configuration ARPES (Figure 3, i.3-étape1) et ARPES mappage dans la liste (Figure 3, étape i.3-2) pour effectuer le mappage surface de Fermi avec le déflecteur de photoélectrons.</li>
	<li>Cliquez sur Edit (Figure 3, étape i.3-3) et configurer un mappage de surface de Fermi allant de-12 ° à 12 °, un angle d’émission θy avec la taille de palier de 0,5 ° (Figure 3, étape 4-i.3). NOTE : L’analyseur hémisphérique avec un déflecteur d’électrons permet de cartographier la surface de Fermi sans les rotations de l’échantillon.</li>
	<li>Cliquez sur exécuter (Figure 2, étape 3-i.2).</li>
</ol>6. SARPES d’Acquisition de données
<ol><li>Modifier manuellement la configuration de machine pour la mesure de SARPES dont la fente d’entrée analyseur et la taille de l’ouverture (Figure 1).</li>
	<li>Sélectionnez configuration... ci-dessous la séquence dans le menu bar (Figure 2, étape 2-i.2).</li>
	<li>Choisissez configuration de Spin (Figure 4, i.4-étape1) et Normal dans la liste (Figure 4, étape i.4-2), puis cliquez sur OK (Figure 4, étape i.4-3).</li>
	<li>Sélectionnez DA30 (Figure 5, étape i.5-1) sur la barre de menu et Contrôle Theta... (Figure 5, étape i.5-2) pour ouvrir le panneau de configuration pour la configuration d’angle (θx, θy) DA30.</li>
	<li>Choisir l’angle d’émission (θx, θy) = (-6 °, 0 °) pour prendre des spectres SARPES (Figure 5, étape i.5-3).</li>
	<li>Appliquer le champ magnétique en contrôlant la Banque de condensateur bipolaire pour aimanter la cible VLEED dans un sens positif sur l’axe particulier (α : x, you z). Remarque : Dans notre système, ce processus peut être fait via l’invite de commande [Figure 6 (a)].</li>
	<li>Cliquez sur exécuter pour prendre le spectre d’intensité (Figure 2, étape 3-i.2).</li>
	<li>Appliquer un champ magnétique pour aimanter la cible VLEED dans la direction négative le long de α et de lancer le scan pour tenir le spectre d’intensité.</li>
	<li>Calculer la rotation de la polarisation et les spectres résolus en essorage.</li>
</ol>7. analyse de la dépendance de la polarisation de la lumière
<ol><li>Changer l’angle de la λ/2-waveplate contrôlée avec précision par le moteur pas à pas pour régler la polarisation de la lumière du laser-eV 7. Remarque : Dans notre système, ce processus peut être fait par le biais de la ligne de commande [Figure 6 (b)].</li>
	<li>Prendre les spectres résolus en essorage pour les axes x, y et z .</li>
	<li>Analyser les spectres résolus en rotation en fonction de la polarisation de la lumière avec des variables le demi-angle de waveplate de 0° à 102° avec la taille de palier de 3°.</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>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrentes.

ARPES et SARPES techniques ont été couramment utilisées pour l’étude des structures de bandes électroniques par le biais de la cartographie de la bande et l’essorage-détection1,2. Outre ces avantages générales ci-dessus, laser-SARPES basé sur la règle de sélection orbitale en excitation optique dipôle peut être utilisé comme une technique originale pour la visualisation de l’effet de couplage spin-orbite dans l’interférence quantique et de la fonction d’onde de s...

Technique de spectroscopie (ARPES) de photoémission résolue en angle est devenu un des outils plus puissants pour étudier les structures de bande quasi-particules à l’États solide1. La plupart des caractéristique attrayante d’ARPES est la capacité pour la cartographie de la bande caractériser les États électroniques dans l’espace de l’énergie et l’élan. Spin-résolu ARPES (SARPES), qui est ici équipé de détecteurs de spin, par exemple. Mott détecteur2,3, plus nous permet de résoudre le personnage de spin des structures observées bande4. Étant donné que le détecteur de Mott peut mesurer le spin avec deux axes (x et z, ou y et z), la combinaison des deux détecteurs de Mott plus permet d’obtenir l’orientation du spin en trois dimension4,5 . Depuis plusieurs décennies, cependant, les expériences SARPES ont souffert de leur faible efficacité (en général par rapport à celle pour la mesure d’ARPES essorage intégré 1/10000)3,4,5,6 ,7, qui avait limité l’énergie et angulaire-résolutions. Récemment, la résolution en énergie SARPES a été augmentée avec un détecteur de spin haut-efficace basé sur la diffusion de change, le soi-disant très basse énergie-diffraction d’électrons (VLEED) détecteur7,8,9 ,,10. Avec ce détecteur, la qualité des données a été considérablement améliorée et le temps d’acquisition de données a été raccourci. Récemment, SARPES a su grandement pour régler la polarisation du spin des États électroniques et en particulier les effets de couplage spin-orbite aboutissant à la texture de la rotation des bandes surface7.
Ici, nous utilisons SARPES mesures avec un ultraviolet sous vide de polarisation variable laser lumière (laser-SARPES) et démontrer les grands avantages de cette technique combinée. Par le biais de l’enquête sur les États de surface de spin-orbite couplé en Bi2Se3, nous présentons deux fonctionnalités du laser-SARPES. Tout d’abord, en raison de la règle de sélection orbitale des lasers polarisées linéairement dans le régime de transition dipolaire, p- et s-lumières polarisées excitent sélectivement une partie d’eigen-fonctions d’ondes à symétrie orbital différente. Telle une excitation sélective orbitale est ainsi disponible en SARPES, nommément orbitale sélectif SARPES. Deuxièmement, en trois dimensions (3D) spin-détection en SARPES indique la direction de l’axe de rotation quantique et affiche directement les informations complètes de la dépendance de la lumière-polarisation. Dans ce protocole, nous décrivons brièvement une méthodologie pour effectuer cette technique de l’état-of-the-art laser-SARPES pour étudier les effets de couplage spin-orbite forte.
Notre système de laser-SARPES est situé à l’Institut de physique de l’état solide, l’Université de Tokyo,11. Le dessin schématique de notre machine laser-SAPRES est illustré à la Figure 1. La lumière laser de polarisation variable 7-eV12 illumine la surface de l’échantillon et de photoélectrons sont émis par l’échantillon. La polarisation du laser est contrôlée automatiquement par MgF2- fonction λ/2 - et λ/4-waveplates à utiliser de façon sélective des polarisations linéaires et circulaires. Un analyseur hémisphérique électron corrige les photoélectrons et analyse leur énergie cinétique (Ekin) et l’angle d’émission (θx et yde la θ). Les intensités de photoélectrons sont mappées sur le Ekin-θx écran surveillé par une caméra CCD. Cette image est directement transformée en la structure de bande d’énergie dans l’espace réciproque.
Pour la mesure en SARPES photoélectrons avec un angle d’émission spécifique et de l’énergie cinétique analysés par l’analyseur électronique sont guidés vers deux détecteurs de spin de type VLEED avec un déflecteur de photoélectrons de 90 degrés et les faisceaux de photoélectrons sont concentrent sur deux différentes cibles de Fe(001) - films dep(1 × 1) terminés par l’oxygène. Photoélectrons reflétées par les cibles sont détectés dans la détection monocanal en utilisant un channeltron placé dans chaque détecteur de spin. Les objectifs VLEED peuvent être aimantés avec bobines électriques type Helmholtz, qui sont disposés à géométrie orthogonale par rapport à l’autre. La direction de l’aimantation est contrôlée par la Banque de condensateur bipolaire. Les détecteurs de spin VLEED doubles ainsi nous permettent d’analyser le vecteur rotation de la polarisation de la photoélectronique en trois dimensions.

<table><tbody><tr><td>Analyseur hémisphérique DA30-L</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>Époxy à base d’argent</td><td>Technologie époxy</td><td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Ruban Sctoch</td><td>3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td>Vanne UHV</td><td>TVA</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>Traversée linéaire/rotative</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>tige de transfert</td><td>UHV design</td><td>PP série</td><td></td></tr><tr><td>wobble stick</td><td>Ferrovac</td><td>WM40</td><td></td></tr><tr><td>Paladin compact 355</td><td>Demi-onde cohérente</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Kogakugiken</td><td></td><td>commande faite</td></tr><tr><td>Banque de condenseur bipolaire</td><td>Tsuji electronics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

méthodes expérimentales de spin - et angle-resolved photoemission spectroscopy combiné avec polarisation variable laser

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

Le but du présent protocole est de présenter comment effectuer l’essorage et angle-résolue de spectroscopie de photoémission combinée avec polarisation variable 7-eV laser (laser-SARPES) et démontrer une puissance de cette technique pour étudier la physique du solide. Laser-SARPES réalise deux grandes capacités. Tout d’abord, en examinant la règle de sélection orbitale des lasers polarisées linéairement, excitation sélective orbitale est réalisable dans SAPRES expérience. Deuxièmement, la technique peut afficher toute information d’une variation de l’axe de rotation quantique en fonction de la polarisation de la lumière. Pour démontrer la puissance de la collaboration de ces capacités en laser-SARPES, nous appliquons cette technique pour les enquêtes sur les États de surface de couplage de spin-orbite de Bi2Se3. Cette technique permet de décomposer les composants spin et orbitale depuis les fonctions d’onde de spin-orbite couplé. En outre, comme un avantage représentatif de l’utilisation de la détection directe de spin a collaboré avec le laser de polarisation variable, la technique visualisé sans ambiguïté par la dépendance de la polarisation de la lumière de l’axe de rotation quantique en trois dimensions. Laser-SARPES augmente de façon spectaculaire une capacité technique de photoémission.

Avant de commencer les expériences SARPES, k positions doivent être déterminés avec précision pour la prise de spin résolue en fonction du spectre en utilisant haute statistique intégré essorage ARPES résultats avec énergie - et angulaire-résolutions élevées (protocole de 5,1 à 5,5). Cela est illustré dans la Figure 7 où les résultats ARPES pour un Bi2monocristal de3 Se sont présentés. Ce matériau est connu comme un isolant topo...

Ici, nous combinons polarisation variable 7-eV laser avec la technique de photoémission résolue de spin et d’angle pour visualiser l’effet de couplage spin-orbite dans les États solides.

Méthodes expérimentales de Spin - et Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy combiné avec polarisation Variable Laser

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...

La spectroscopie de photoémission résolue en spin et en angle, appelée SARPES, est une technique puissante pour étudier les structures électroniques à l’état solide, y compris leurs informations de spin. Dans notre méthode, nous avons combiné cette technique avec le laser 7-eV à polarisation variable qui nous a permis de déterminer très précisément les structures de spin des électrons. Le SARPES était généralement réalisé à l’aide d’une lampe à rayonnement synchrotron ou à décharge de gaz noble.Par rapport à cette méthode, l’utilisation d’un laser 7-eV à polarisation variable est une grande amélioration. La polarisation avec le faisceau laser peut être facilement contrôlée à l’aide de la plaque d’onde. En utilisant cette propriété, nous pouvons retracer complètement le comportement du spin des électrons, qui est sensible à la polarisation de la lumière.La réaction de spin des photoélectrons dépend de la polarisation de la lumière. Et cela montre de nombreuses significations physiques telles que le couplage spin-orbite et l’interférence de spin. Pour cette raison, notre technique peut être progressivement utilisée pour l’étude de la physique de la matière condensée.Pour commencer, coupez des échantillons monocristallins de séléniure de bismuth et utilisez un époxy à base d’argent pour les coller sur un porte-échantillon. Une fois l’époxy durci, placez un morceau de scotch sur la surface des échantillons. Ensuite, transférez le magasin d’échantillons dans le sas de charge à ultravide et démarrez la pompe jusqu’à ce que la pression du sas de charge soit inférieure à un fois dix puissance moins cinq pascal.Ensuite, ouvrez la soupape à ultravide poussé entre le sas de charge et la chambre de préparation, et déplacez le magasin d’échantillons du sas de charge à la chambre de préparation, à l’aide du mécanisme de traversée fixé à la chambre de verrouillage de charge. Maintenant, à l’aide d’une tige de transfert, prélevez l’échantillon dans le magasin d’échantillons, puis replacez le magasin d’échantillons dans le verrou de charge et fermez la soupape de vide ultra-poussé. Attendez que la pression de la chambre de préparation soit inférieure à cinq fois dix à moins sept pascal, puis décollez le scotch de la surface du séléniure de bismuth à l’aide du bâtonnet oscillant dans la chambre de préparation.Cela fendra l’échantillon, produisant une surface atomiquement propre. Transférez l’échantillon dans la chambre de mesure UHV. Là, utilisez un tournevis pour fixer l’échantillon à l’étage gonio principal.Ensuite, déplacez la platine en position de mesure et utilisez une platine micrométrique pour positionner précisément l’échantillon sur le foyer du spectromètre. Ensuite, allumez le laser orthovanadate d’yttrium dopé au néodyme et laissez-le se réchauffer pendant dix à 15 minutes. Ouvrez l’obturateur du faisceau laser et assurez-vous que le laser passe à travers un cristal de fluoroborate de béryllium de potassium pour générer une deuxième onde harmonique de 177 nanomètres.Optimisez la puissance du laser à sept électrons-volts, en modifiant la puissance du laser de 355 nanomètres à l’aide d’un atténuateur variable. Tout d’abord, ouvrez le logiciel de contrôle de l’analyseur. Dans le menu séquence, sélectionnez configuration, puis configuration ARPES et mappage ARPES, dans la liste, pour effectuer le mappage de surface de Fermi avec le déflecteur de photoélectrons.Cliquez sur modifier, et configurez le mappage de surface de Fermi de sorte que l’angle d’émission varie de 12 degrés à 12 degrés avec une taille de pas de 0,5 degré et de 49 pour le nombre de pas. Une fois réglé, retournez dans le menu de séquence et sélectionnez exécuter. L’analyseur hémisphérique est doté d’un déflecteur d’électrons, ce qui nous permet de cartographier la surface de Fermi sans faire pivoter l’échantillon.Modifiez manuellement la configuration de la machine pour la mesure par spectroscopie de photoémission résolue en spin et en angle. Cela inclut la modification de la fente d’entrée de l’analyseur et de la taille de l’ouverture. Dans le logiciel, sélectionnez setup et choisissez spin configuration, et normal dans la liste des options et cliquez sur OK.Ensuite, sélectionnez DA30 dans la barre de menu et naviguez pour contrôler thêta. Cela ouvrira le panneau de réglage de la configuration de l’angle DA30. Dans le panneau, choisissez l’angle d’émission pour thêta x moins six degrés et pour thêta y pour zéro degré.Ensuite, utilisez une invite de commande pour appliquer le champ magnétique en contrôlant la banque de condenseur bipolaire. Cela magnétisera la cible du fil V dans la direction de la position le long de l’axe x, y ou z. Une fois réglé, cliquez sur courir, pour prendre le spectre d’intensité.Ensuite, appliquez un champ magnétique pour magnétiser la cible v-lead dans la direction négative le long de l’axe et exécutez le balayage pour prendre un autre spectre d’intensité. Lorsque vous avez terminé, calculez la polarisation de spin et les spectres résolus en spin. À l’aide de l’invite de commande, alimentez le moteur pas à pas pour changer précisément l’angle de la demi-plaque d’onde afin de régler la polarisation de la lumière du laser à sept électrons-volts.Ensuite, prenez les spectres résolus en spin pour chacun des axes x, y et z. Balayez les spectres résolus en spin en fonction de la polarisation de la lumière, tout en faisant varier l’angle de la demi-plaque d’onde de zéro degré à 102 degrés avec une taille de pas de trois degrés. Le séléniure de bismuth est un isolant topologique prototypique avec des états de surface polarisés en spin.La carte de surface de Fermi obtenue de l’état de surface dans le séléniure de bismuth, montre une forme presque circulaire. Ensuite, effectuez un mappage de bande le long de la ligne de symétrie élevée. Il montre la dispersion d’énergie en forme de X, ce que l’on appelle le cône de Dirac.À partir de ces résultats, il est maintenant possible de choisir l’angle d’émission spécifique pour l’expérience SARPES. Lorsque l’on prend un thêta x égal à moins six degrés et un thêta y égal à zéro degré sur moins kF de la bande de surface, les courbes de distribution d’énergie pour différentes directions d’aimantation, atteignent un pic d’intensité près de l’énergie de Fermi. Les intensités dans les deux spectres sont différentes près du pic.À partir de la différence entre leurs intensités, on peut calculer la polarisation de spin en fonction de l’énergie et des spectres résolus en spin. Apparemment, le spectre de spin ascendant a une structure de crête, mais le spectre de spin descendant est relativement plat. Cela reflète la polarisation de spin de près de 100 %.Lorsque l’on prend la même mesure pour un axe différent et avec une polarisation lumineuse différente, la direction de spin des électrons et sa dépendance à la polarisation sont clairement visibles. Pour la polarisation p, les données montrent clairement la polarisation de spin positive de 100 % uniquement le long de y et il n’y a pas de polarisation de spin le long des directions x et z. Il est intéressant de noter que lorsque l’on bascule la polarisation de la lumière de p à s, le signe de la polarisation de spin passe également à 100 % pour la polarisation s sans composante de spin x et z.En conséquence de l’information de spin complète, la rotation de spin de l’électron est complètement démêlée en trois dimensions. Nous avons démontré la puissance du SARPES, avec le laser à polarisation variable, pour démarrer l’état polarisé en spin du séléniure de bismuth. Cela nous permet de visualiser directement le spin des électrons et ses variations, en fonction des polarisations lumineuses.Cette technique peut être facilement appliquée à de nombreux autres systèmes physiques. Notre expérience montre que même de petits changements dans les champs lumineux peuvent réellement remodifier le spin des photoélectrons en trois dimensions. La façon dont l’échantillon est éclairé est très importante.Il faut prendre soin de la géométrie expérimentale pour bien comprendre les données.

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