Name: שיטות נסיוניות עבור ספין - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה Photoemission בשילוב עם לייזר משתנה-קיטוב (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: חקור ספקטרוסקופיית פוטואמיסיה מזווית וספין (SARPES) עם לייזר 7eV בעל קיטוב משתנה לחקר מבני ספין אלקטרונים במוצקים. שיטה זו משפרת דיוק מדידה ומאפשרת ויזואליזציה של אפקטי קישור ספין-מסלול.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו מודים פוקושימה א מ נאקיאמה, ס' Toyohisa, ותומך י' אישידה עבור לשלב המלכודת ניסיוני. אנו להכיר בהכרת תודה מימון מן JSPS Grantin-סיוע עבור מדעי למחקר (B) דרך פרויקט מס 26287061, עבור צעירים מדענים (B) דרך פרויקט מס 15K 17675. עבודה זו גם נתמך על ידי MEXT של יפן (אזור חדשני "טופולוגי הנדסת חומרים," מענק מס 16 H 00979) ו- JSPS KAKENHI (מענק מס 16 ח 02209)

1. לטעום הר והתקנה
<ol><li>חתך בודד-קריסטל דגימות של Bi2Se313 גודל משוער 1 × 1 × 0.5 מ מ3 ושימוש נכספת אפוקסי על בסיס להדביק את הדגימה כדי המחזיק לדוגמה.</li>
	<li>הדבק את הסלוטייפ על פני מדגם. הערה: הסלוטייפ משמש כדי לבקע את הדגימה בתא על קוליים ואקום (UHV) כדי להשיג על משטח נקי מאגרי.</li>
	<li>התקן את הדגימה המדגם מגזין בתוך המנעול עומס, להפעיל את המשאבה עד הלחץ של המנעול עומס נמוך מ 1 × 10-5 הפלסטינית.</li>
</ol>2. דגימה ביקוע
<ol><li>. פתח את הברז UHV בין המנעול עומס תא הכנה UHV</li>
	<li>להעביר את המגזין דגימה מן הסלע עומס לחדר הכנה באמצעות את הסדרה ליניארי/חוגה אשר מחובר אל התא מנעול עומס.</li>
	<li>לאסוף את הדגימה מדגם מגזין על ידי מוט העברה מצורף אל התא הכנה.</li>
	<li>להחזיר את הדגימה מגזין למנעול עומס, סגור את השסתום UHV.</li>
	<li>המתן עד הלחץ לשכת ההכנה מתחת × 10 5-7 הפלסטינית.</li>
	<li>לקלף את הסלוטייפ באמצעות מקל התנודדות בבית הבליעה הכנה, קליב הדגימה תחת התנאי UHV.</li>
</ol>3. מדגם העברה למיקום מדידה
<ol><li>להעביר את הדגימה אל התא מדידה UHV, ותקן את הדגימה כדי gonio-הבמה המרכזית על ידי מנהל ההתקן בורג מצויד לתא המדידה.</li>
	<li>העבר gonio-הבמה למצב מדידה ולהשתמש השלב מיקרומטר להעביר בדיוק את מיקום הדגימה אל המוקד של ספקטרומטר.</li>
</ol>4. 7eV-לייזר ההתקנה
<ol><li>להפעיל את הלייזר Nd:YVO4. הערה: הלייזר מייצר אור לייזר nm 355 עם שיעור החזרות גבוהים של 120 מגה-הרץ.</li>
	<li>פתח את התריס קרן לייזר, וודא כי הלייזר עוברת דרך הגביש KBBF, גל שנייה-הרמוני של 177 nm (6.994 eV) נוצר.</li>
	<li>למטב את עוצמת הלייזר 7eV על-ידי שינוי עוצמת הלייזר 355-nm עם מחליש המשתנה.</li>
</ol>5. ARPES קירור והקפאה
<ol><li>פתח את תוכנת שליטה מנתח במחשב שולחני. הערה: אנו משתמשים "SES תוכנה", שהינה תוכנית כללית עבור השליטה ScientaOmicron מנתח עם מטה הטיה אלקטרון.</li>
	<li>בחר Setup. להלן רצף בתפריט בר (איור 2, שלב i.2-1).</li>
	<li>לבחור תצורה ARPES (איור 3, שלב i.3-1) ומיפוי ARPES ברשימה (איור 3, שלב i.3-2) כדי לבצע מיפוי משטח פרמי עם מטה הטיה photoelectron.</li>
	<li>לחץ על עריכה (איור 3, שלב i.3-3) ולקבוע תצורה של מיפוי משטח פרמי ועד-12 ° ° 12 של פליטה זווית θ באמצעותy עם שלב בגודל של 0.5 ° (איור 3, שלב i.3-4). הערה: במנתח המיספרי עם מטה הטיה אלקטרונים מאפשרת לנו למפות את פני השטח פרמי ללא לסיבובים מדגם.</li>
	<li>לחץ על הפעל (איור 2, שלב i.2-3).</li>
</ol>6. SARPES קירור והקפאה
<ol><li>לשנות באופן ידני את תצורת מחשב למדידה SARPES כולל את מנתח בכניסה חריץ וגודל הצמצם (איור 1).</li>
	<li>בחר Setup. להלן רצף בתפריט בר (איור 2, שלב i.2-2).</li>
	<li>לבחור ספין תצורה (איור 4, שלב i.4-1) ו- Normal ברשימה (איור 4, שלב i.4-2) ולחץ על OK (איור 4, שלב i.4-3).</li>
	<li>בחר DA30 (איור 5, שלב i.5-1) על שורת התפריטים ועל תטא שליטה... (איור 5, שלב i.5-2) כדי לפתוח את הלוח הגדרה עבור תצורת זווית (θ באמצעותx, θ באמצעותy) DA30.</li>
	<li>לבחור את הזווית פליטה (θ באמצעותx, θ באמצעותy) = (-6 °, 0 °) לקחת SARPES ספקטרה (איור 5, שלב i.5-3).</li>
	<li>להחיל את השדה המגנטי על ידי שליטה לבנק מעבה דו-קוטבי מגנט את המטרה VLEED בכיוון חיובי לאורך הציר מסוים (α: x, yאו z). הערה: במערכת שלנו, תהליך זה יכול להיעשות באמצעות שורת הפקודה [איור 6 (א)].</li>
	<li>לחץ על הפעל את עוצמת ספקטרום (איור 2, שלב i.2-3).</li>
	<li>להחיל שדה מגנטי מגנט את המטרה VLEED בכיוון השלילי לאורך α ולהתחיל סריקה לקחת ספקטרום העוצמה.</li>
	<li>לחשב את הספין-קיטוב ספקטרום ספין-נפתרה.</li>
</ol>7. לסרוק את התלות קיטוב האור
<ol><li>לשנות את הזווית של λ/2-לוחית גל בדיוק נשלט על ידי המנוע דריכה לכוון את קיטוב האור 7 eV-לייזר. הערה: במערכת שלנו, תהליך זה יכול להיעשות באמצעות שורת הפקודה [איור 6 (ב')].</li>
	<li>קח ספקטרום נפתרה-ספין על צירי x, y ו- z .</li>
	<li>סרוק ספקטרום נפתרה-ספין כפונקציה של קיטוב האור עם משתנה הזווית חצי לוחית גל של 0° ל ° 102 צעד בגודל של 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>

המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.

ARPES טכניקות SARPES היו בשימוש נפוץ ללמוד פסים מבנים באמצעות מיפוי הלהקה לזיהוי ספין1,2. בנוסף ליתרונות הכלליים האלה המוצג לעיל, לייזר-SARPES מבוסס על כלל בחירה ההקפה בתוך עירור דיפול אופטי יכול להיות מועסק טכניקה הרומן להמחשת השפעת צימוד ספין-מסלולית ב ההפרעות ספין פונקציית גל ו קוונטית . כפי שמתואר באיור 9 ו- 10, ניתן לטפל בקלות קיטוב של לייזר על-ידי waveplates כדי מוטה polarizations ליניארי בין p- ו <em...

Photoemission נפתרה-זווית ספקטרוסקופיה (ARPES) הטכניקה התפתחה אחד הכלי החזק ביותר לחקור מבנים הלהקה quasiparticle הברית מוצק1. רוב תכונה אטרקטיבי של ARPES הוא היכולת למיפוי הלהקה לאפיין הברית אלקטרונית בחלל אנרגיה ותנע. ספין-נפתרה ARPES (SARPES), אשר מצויד פה ספין-גלאי, למשל. מוט גלאי2,3, עוד יותר מאפשר לנו לפתור את התו ספין של הלהקה שנצפה מבנים4. מאז הגלאי מוט יכול למדוד הספין עם שני צירים (x ו- z, או y ו- z), השילוב של מוט שני את גלאי נוסף מאפשר להשיג את כיוון הספין בתלת-מימד4,5 . במשך כמה עשורים, עם זאת, הניסויים SARPES היו סבלה היעילות שלהם נמוכה (בדרך כלל 1/10000 בהשוואה לזה למדידה ARPES משולבת ספין)3,4,5,6 ,7, אשר היה מוגבל האנרגיה ואת זוויתי-החלטות. לאחרונה, הרזולוציה האנרגיה של SARPES הוגדלה עם גלאי ספין יעילות גבוהה המבוססת על החלפת פיזור, מאוד-אנרגיה נמוכה כביכול אלקטרון-עקיפה (VLEED) גלאי7,8,9 ,10. עם זה גלאי, שופר משמעותית איכות הנתונים, קוצר הזמן רכישת נתונים. לאחרונה, SARPES הצליחה במידה רבה כדי לטפל מקוטב-ספין הברית אלקטרונית ו ספין-מסלול השפעה צימוד במיוחד וכתוצאה מכך המרקם ספין של להקות משטח7.
כאן, אנו מעסיקים SARPES ומדידות עם ואקום קיטוב משתנה על-סגול לייזר אור (לייזר-SARPES), להפגין את היתרונות הגדולים של טכניקה משולבת זו. דרך החקירה על הברית ספין-מסלול משולב משטח דו2Se3, אנו מציגים שתי היכולות של לייזר-SARPES. ראשית, בשל החוק בחירה ההקפה של לייזרים מקוטב לינארית דיפול המעבר למשטר, p- ו s-אור מקוטב באופן סלקטיבי לרגש חלק אופנים עצמיים-wavefunctions עם סימטריה מסלולית השונים. כזה עירור סלקטיבי מסלולית זמין ובכך SARPES, כלומר, אורביטל סלקטיבית SARPES. שנית, תלת מימדי (3D) ספין-זיהוי SARPES מראה את הכיוון של הציר קוונטית ספין, ישירות מציג מידע מלא של התלות קיטוב האור. ב פרוטוקול זה, נתאר בקצרה מתודולוגיה לביצוע טכניקה זו המדינה-of-the-art לייזר-SARPES לחקור את ההשפעות של צימוד ספין חזק-מסלול.
מערכת לייזר-SARPES שלנו ממוקם המכון לפיזיקה מצב מוצק, האוניברסיטה של טוקיו11. ציור סכמטי של מכונת לייזר-SAPRES שלנו מוצג באיור1. אור לייזר 7-eV משתנה-קיטוב12 מאירה השטח מדגם, photoelectrons נפלטים מן המדגם. קיטוב של לייזר נשלטת באופן אוטומטי על ידי MgF2- λ מבוסס/2 - ו λ/4-waveplates לשימוש באופן סלקטיבי polarizations ליניארית ועוד. מנתח אלקטרון המיספרי מתקנת את photoelectrons, ומנתח שלהם אנרגיה קינטית (E. קין) והזווית פליטה (θ באמצעותx וθ באמצעותy). עוצמות photoelectron ממופים על Eקין- מסךθ באמצעותx על-ידי מצלמת CCD. תמונה זו הוא הופך מיד אנרגיה מבנה בחלל הדדיים.
למדידה SARPES, photoelectrons עם זווית פליטה ספציפיים, אנרגיה קינטית נותחו על ידי במנתח אלקטרון מונחות על שני גלאים ספין מסוג VLEED עם מטה הטיה 90 מעלות photoelectron ואת הקורות photoelectron מתמקדים על שניים מטרות שונות של Fe(001) -p(1 × 1) סרטים על ידי חמצן. Photoelectrons בא לידי ביטוי במטרות מאותרים בזיהוי ערוץ אחד באמצעות channeltron להציב כל גלאי ספין. המטרות VLEED יכול להיות ממוגנט עם סלילים חשמליים מסוג הלמהולץ אשר מסודרים עם גאומטריה אורתוגונלית ביחס אחד לשני מגנוט בכיוון נשלטת על ידי הבנק מעבה הפרעה דו קוטבית. גלאי טווח VLEED כפול ובכך מאפשרים לנו לנתח את הוקטור ספין-קיטוב של photoelectron בשלושה ממדים.

<table><tbody><tr><td>מנתח חצי כדורי DA30-L</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>אפוקסי מבוסס כסף</td><td>טכנולוגיית אפוקסי</td><td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Sctoch קלטת</td><td>3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td>UHV שסתום</td><td>VAT</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>הזנה ליניארית/סיבובית</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>מוט העברה</td><td>UHV עיצוב</td><td>PP סדרת</td><td></td></tr><tr><td>נדנוד מקל</td><td>Ferrovac</td><td>WM40</td><td></td></tr><tr><td>Paladin קומפקטי 355</td><td>קוהרנטי</td><td></td><td></td></tr><tr><td>חצי לוח גל</td><td>Kogakugiken</td><td></td><td>הזמנה עשה</td></tr><tr><td>בנק מעבה דו קוטבי</td><td>Tsuji אלקטרוניקה</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

שיטות נסיוניות עבור ספין - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה photoemission בשילוב עם לייזר משתנה-קיטוב

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

המטרה של פרוטוקול זה היא להציג כיצד לבצע ספין - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה photoemission בשילוב עם לייזר 7-eV משתנה-קיטוב (לייזר-SARPES), להפגין כוח של טכניקה זו ללמוד פיסיקה של מצב מוצק. לייזר-SARPES משיגה שתי יכולות גבוהות מאוד. ראשית, על ידי בחינת כלל בחירה ההקפה של לייזרים מקוטב לינארית, עירור סלקטיבי מסלולית יכול להתבצע בניסוי SAPRES. שנית, בטכניקה יכול להציג מידע מלא של וריאציה של הציר קוונטית ספין כפונקציה של קיטוב האור. להפגין את הכוח של שיתוף פעולה של יכולות אלה בלייזר-SARPES, אנו מיישמים את הטכניקה הזו על החקירות של מדינות דו2Se3משטח ספין-מסלול משולב. טכניקה זו מאפשרת מתפרקת ספין ורכיבים מסלולית מ wavefunctions ספין-מסלול משולב. יתר על כן, כפי יתרון נציג של באמצעות זיהוי ספין ישירה שיתף פעולה עם הלייזר משתנה-קיטוב, הטכניקה מדמיין חד משמעית את התלות קיטוב האור של הציר קוונטית ספין בממד-שלוש. לייזר-SARPES מגדיל באופן דרמטי יכולת בטכניקת photoemission.

לפני תחילת הניסויים SARPES, עמדות k צריך להיקבע באופן מדויק עבור לוקחת ספקטרום ספין-נפתרה על-ידי שימוש סטטיסטי גבוה משולבת ספין ARPES תוצאות עם אנרגיה - ו זוויתי-ברזולוציות גבוהות (פרוטוקול 5.1-5.5). הוכח ב איור 7 שבו מוצגות התוצאות ARPES עבור Bi2Se3 גביש יחיד. חומר זה נקרא בידוד חשמלי טופולוגי טיפוסית עם ספין-מקוטב הברית משטח14,15. המפה הלהקה ARPES פותר באופן ברור את פי...

כאן, אנו משלבים משתנה-קיטוב 7-eV לייזר עם ספין - ואת זווית-נפתרה טכניקה photoemission כדי להמחיש את האפקט צימוד ספין-מסלולית במדינות מוצק.

שיטות נסיוניות עבור ספין - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה Photoemission בשילוב עם לייזר משתנה-קיטוב

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

ספקטרוסקופיה של פליטת ספין וזווית, מה שנקרא SARPES, היא טכניקה רבת עוצמה לחקירת מבני אלקטרונים במצב מוצק כולל מידע הספין שלהם. בשיטה שלנו, שילבנו טכניקה זו עם לייזר 7-eV משתנה קיטוב שאפשר לנו לקבוע את מבני ספין האלקטרונים, בצורה מדויקת מאוד. SARPES בוצע בדרך כלל עם קרינת סינכרוטרון או מנורת פריקת גז אציל.בהשוואה לשיטה זו, שימוש בלייזר 7-eV משתנה קיטוב הוא שיפור גדול. ניתן לשלוט בקלות על הקיטוב עם קרן הלייזר באמצעות לוחית הגל. על ידי שימוש במאפיין זה, אנו יכולים לעקוב לחלוטין אחר התנהגות ספין האלקטרונים, הרגיש לקיטוב האור.תגובת הספין של הפוטו-אלקטרון תלויה בקיטוב האור. וזה מראה משמעויות פיזיקליות רבות כגון, צימוד ספין-מסלול והפרעות ספין. מסיבה זו, הטכניקה שלנו יכולה לשמש בהדרגה לחקר פיזיקה של חומר מעובה.כדי להתחיל, חתכו דגימות גביש בודדות של ביסמוט סלניד, והשתמשו באפוקסי על בסיס כסף כדי להדביק אותן למחזיק דגימה. לאחר שהאפוקסי נרפא, הניחו חתיכת סקוטש על פני הדגימות. לאחר מכן, העבירו את מחסנית הדגימה למנעול עומס הוואקום הגבוה במיוחד והפעל את המשאבה עד שהלחץ של נעילת העומס נמוך מאחד כפול עשר עד השלילי חמש פסקל.לאחר מכן, פתח את שסתום הוואקום הגבוה במיוחד בין מנעול העומס לתא ההכנה, והעבר את מחסנית הדגימה ממנעול העומס לתא ההכנה, באמצעות מנגנון ההזנה המחובר לתא נעילת העומס. כעת, השתמש במוט העברה כדי לאסוף את הדגימה ממחסנית הדגימה ולאחר מכן הכנס את מחסנית הדגימה בחזרה לתוך מנעול העומס וסגור את שסתום הוואקום הגבוה במיוחד. המתן עד שהלחץ של תא ההכנה יהיה מתחת לחמש כפול עשר לשבע הפסקל השלילי, ואז קלף את הסקוטש מפני השטח של סלניד הביסמוט בעזרת מקל הנדנוד בתא ההכנה.זה יחתוך את הדגימה, וייצור משטח נקי מבחינה אטומית. העבר את הדגימה לתא המדידה UHV. שם, השתמש במברג כדי לקבע את הדגימה לשלב הגוניו הראשי.לאחר מכן, העבר את השלב למצב המדידה והשתמש בשלב מיקרומטר כדי למקם במדויק את הדגימה על המיקוד של הספקטרומטר. לאחר מכן, הפעל את לייזר האיטריום אורתוואנדאט מסומם בניאודימיום, ואפשר לו להתחמם במשך עשר עד 15 דקות. פתח את תריס קרן הלייזר וודא שהלייזר עובר דרך גביש אשלגן בריליום פלואורובוראט כדי ליצור גל הרמוני שני של 177 ננומטר.בצע אופטימיזציה של העוצמה של לייזר שבעת האלקטרונים וולט, על ידי שינוי ההספק של לייזר 355 ננומטר באמצעות מנחת משתנה. ראשית, פתח את תוכנת בקרת המנתח. בתפריט הרצף, בחר הגדרה ולאחר מכן בחר תצורת ARPES, ומיפוי ARPES, ברשימה, כדי לבצע מיפוי פני השטח של פרמי עם מסיט הפוטואלקטרון.לחץ על עריכה, והגדר את מיפוי פני השטח של פרמי כך שזווית הפליטה נעה בין 12 מעלות ל-12 מעלות עם גודל צעד של 0.5 מעלות ו-49 למספר הצעדים. לאחר ההגדרה, חזור לתפריט הרצף ובחר הפעל. למנתח החצי כדורי יש מסיט אלקטרונים המאפשר לנו למפות את פני השטח של פרמי מבלי לסובב את הדגימה.שנה ידנית את הגדרת המכונה למדידת ספקטרוסקופיה של פליטת אור בסיבוב ובזווית. זה כולל שינוי גם את חריץ הכניסה של המנתח וגם את גודל הצמצם. בתוכנה, בחר הגדרה ובחר תצורת סיבוב, ורגיל מרשימת האפשרויות ולחץ על אישור.לאחר מכן, בחר DA30 בשורת התפריטים ונווט כדי לשלוט בתטה. פעולה זו תפתח את לוח ההגדרות עבור תצורת הזווית DA30. בחלונית, בחר את זווית הפליטה עבור תטה x תהיה שלילית בשש מעלות, ועבור תטה y תהיה אפס מעלות.לאחר מכן, השתמש בשורת פקודה כדי להפעיל את השדה המגנטי על ידי שליטה בבנק המעבה הדו-קוטבי. זה ימגנט את המטרה של מוליך ה-V בכיוון המיקום לאורך ציר x, y או z. לאחר ההגדרה, לחץ על הפעלה, כדי לקחת את ספקטרום העוצמה.לאחר מכן, הפעל שדה מגנטי כדי למגנט את מטרת עופרת ה-v בכיוון השלילי לאורך הציר והפעל את הסריקה כדי לקחת ספקטרום עוצמה נוסף. בסיום, חשב את קיטוב הספין ואת הספקטרום שנפתר בספין. באמצעות שורת הפקודה, הפעל את מנוע הצעד כדי לשנות במדויק את הזווית של חצי לוחית הגל על מנת לכוונן את קיטוב האור של לייזר שבעת האלקטרונים וולט.לאחר מכן, קח את הספקטרום שנפתר בספין עבור כל אחד מצירי x, y ו-z. סרוק את הספקטרום שנפתר בספין כפונקציה של קיטוב האור, תוך שינוי זווית חצי לוחית הגל מאפס מעלות ל-102 מעלות בגודל הצעד של שלוש מעלות. ביסמוט סלניד, הוא מבודד טופולוגי טיפוסי עם מצבי שטח מקוטבים ספין.מפת פני השטח של פרמי שהתקבלה של מצב פני השטח בביסמוט סלניד, מציגה צורה כמעט מעוגלת. לאחר מכן, בצע מיפוי פס לאורך קו הסימטריה הגבוהה. הוא מראה את פיזור האנרגיה בצורת X, מה שנקרא חרוט דיראק.מתוצאות אלה, ניתן כעת לבחור את זווית הפליטה הספציפית לניסוי SARPES. כאשר לוקחים תטא x שווה לשש מעלות שליליות ותטה y שווה לאפס מעלות על פני kF שלילי של פס פני השטח, עקומות התפלגות האנרגיה לכיווני מגנטיזציה שונים, מגיעות לשיא בעוצמתן ליד אנרגיית פרמי. העוצמות בשני הספקטרומים שונות ליד הפסגה.מההבדל בין העוצמות שלהם, ניתן לחשב את קיטוב הספין כפונקציה של האנרגיה והספקטרום שנפתר על ידי ספין. ככל הנראה, לספקטרום הספין למעלה יש מבנה שיא אך ספקטרום הספין למטה שטוח יחסית. זה משקף את הקיטוב של כמעט 100%.כאשר מבצעים את אותה מדידה עבור ציר אחר ועם קיטוב אור שונה, כיוון הספין של האלקטרונים ותלות הקיטוב שלו נראים בבירור. עבור קיטוב p, הנתונים מראים בבירור את קיטוב הספין החיובי של 100% רק לאורך y ואין קיטוב ספין לאורך כיווני x ו-z. מעניין שכאשר מחליפים את קיטוב האור מ-p ל-s, סימן קיטוב הספין עובר גם ל-100% השלילי עבור קיטוב s ללא רכיב ספין x ו-z.כתוצאה ממידע ספין מלא, סיבוב הספין של האלקטרון נפרש לחלוטין בתלת מימד. הדגמנו את כוחו של ה-SARPES, עם הלייזר המשתנה לקיטוב, להתחלת מצב מקוטב ספין של ביסמוט סלניד. זה מאפשר לנו לדמיין ישירות את ספין האלקטרונים ואת הווריאציות שלו, כפונקציה של קיטוב האור.ניתן ליישם טכניקה זו בקלות עבור מערכות פיזיקליות רבות אחרות. הניסוי שלנו מראה שאפילו שינויים קטנים בשדות האור באמת יכולים לשנות את ספין הפוטו-אלקטרון בתלת מימד. חשוב מאוד לאופן שבו מוארת הדגימה.יש לדאוג לגיאומטריה הניסיונית כדי להבין נכון את הנתונים.

experimental-methods-for-spin-angle-resolved-photoemission

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

המטרה הכללית של שיטה זו היא לקבוע את המבנה האלקטרוני האנרגיה נמוכה של מוצקים בטמפרטורות נמוכות במיוחד באמצעות ספקטרוסקופיה Photoemission angle-resolved עם קרינת סינכרוטרון.

Angle-resolved ספקטרוסקופיה Photoemission בטמפרטורות נמוכות במיוחד

הושגה התקדמות בשימוש ספין הד נפתרה פיזור שכיחות מרעה (SERGIS) כטכניקת פיזור נויטרונים כדי לחקור את קשקשי אורך בדגימות לא סדירות. גבישים של [6,6]-פניל-C61-חומצה בוטירית מתיל אסתר נבדקו בטכניקת SERGIS והתוצאות אושרו על ידי מיקרוסקופיה של כוח אופטי ואטומי.

באמצעות נויטרונים ספין הד נפתרה שכיחות מרעה פיזור לחקור חומרים אורגניים תאים סולאריים

מוצג פרוטוקול לאיתור ואוטומציה של נעילת מצב בלייזר סיבים סיבובי קיטוב לא ליניארי מותאם מראש. הזיהוי של שינוי פתאומי במצב קיטוב הפלט כאשר מתרחשת נעילת מצב משמש כדי להורות על יישור של בקר קיטוב תוך-חלל על מנת למצוא תנאי נעילת מצב.

אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

כתב היד מתאר שיטה של ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית מעין-תהודה בעזרת פונון המשלבת הן רזולוציה מוגבלת בלייזר והן ספקטרוסקופיה פוטו-לומינסנציה (PL). שיטה זו משתמשת בפונונים אופטיים כדי לספק ספקטרום ברזולוציה מוגבלת ברוחב קו של מבנים מוליכים למחצה דמויי אטום בתחום האנרגיה. השיטה מתממשת בקלות גם עם מערך ספקטרוסקופיה אופטית של ספקטרומטר יחיד.

ספקטרוסקופיה פלואורסצנטי Quasi-תהודה רזולוציה גבוהה בסיוע Phonon

אנו מציגים פרוטוקול ליצירת סרט בזמן אמת של חבילת גל סיבוב מולקולרי באמצעות מערך הדמיית פיצוץ קולומב ברזולוציה גבוהה.

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

פרוטוקול זה מתאר את אינסטרומנטציה עבור קביעת את עירור ו צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח דמוי בלוך polaritons הנובעים מערכים תקופתיים.

הנחישות של עירור, צימוד המחירים בין פולטי אור פלזמון משטח Polaritons

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור photoelectron הדמיה של מינים anionic. אניונים שנוצר באופן vacuo ומופרדים באמצעות ספקטרומטר מסה הם ובחן באמצעות photoelectron מהירות מיפוי imaging, מתן פרטים של אניון, רמות אנרגיה נייטרלית, אניון ומבנה נייטרלי, אופי המדינה אלקטרונית אניון.

Photoelectron הדמיה של אניונים מאויר על ידי ניתוק 310 ננומטר F−

אנו מתארים מערכת אופטית עבור הדור של הפוטונים מסובכת הקיטוב הבלתי מותנית המבוססת על אפקטים של הפרעות קוונטיות מרובות עם ערכת זיהוי כדי להעריך את הנאמנות הניסיונית של פוטונים הסתבכו שנוצר.

מערכת Photonic ליצירת בפוטונים פוליריזציה מוחלטת המבוססת על הפרעות קוונטיות מרובות

מבנה הלהקה של פוטטון מאפשר להבין כיצד מופצים מצבים אלקטרומגנטיים מוגבלים בתוך גביש פוטוני. בקריסטלים פוטוני המשלבים אלמנטים מגנטיים, מצבים אופטיים כאלה ומוגנטים, מלווים בפעילות מגנטית-אופטית משופרת ושונתה. אנו מתארים הליך מדידה כדי לחלץ את המבנה להקה אופטית מגנטו על ידי מיקרוסקופ חלל פורייה.

מגנטו-אופטיים ומשולשים-אפיון של מבנים ננוטוני

מוצג כאן היא שיטה כדי למדוד את birefringence של חלונות ואקום על ידי מקסום ספירות פלואורסצסצט הנפלט על ידי דופלר מקורר 25מ ג+ יונים במלכודת יון. birefringence של חלונות ואקום תשנה את מצבי הקיטוב של הלייזר, אשר ניתן לפצות על ידי שינוי זוויות אזימוטאל של לוחות גל חיצוני.

במדידה סיטו של חלון ואקום Birefringence באמצעות 25מ ג+ פלואורסץ

מאמר זה מתאר כיצד ניתן ליישם מיקרוסקופ דו-פוטוני רגיש לקיטוב כדי לאפיין את הארגון המקומי בתוך מבני-על-עמילואיד-ספרוליטים נטולי תוויות. הוא גם מתאר כיצד להכין ולמדוד את הדגימה, להרכיב את ההתקנה הנדרשת, ולנתח את הנתונים כדי לקבל מידע על הארגון המקומי של סיבי עמילואיד.

מיקרוסקופ שני פוטונים רגיש לקיטוב לאפיון מבני עמילואיד ללא תוויות

חקור ספקטרוסקופיית פוטואמיסיה מזווית וספין (SARPES) עם לייזר 7eV בעל קיטוב משתנה לחקר מבני ספין אלקטרונים במוצקים. שיטה זו משפרת דיוק מדידה ומאפשרת ויזואליזציה של אפקטי קישור ספין-מסלול.

שיטות נסיוניות עבור ספין - ואת זווית-נפתרה ספקטרוסקופיה Photoemission בשילוב עם לייזר משתנה-קיטוב

גלה סרטונים נוספים