Name: 분극 변수 레이저와 함께 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학 실험 방법 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: 배우세요 분극 변수 7-eV 레이저를 활용한 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학(SARPES) 방법으로 고체 상태에서 전자 스핀 구조를 정밀하게 결정하는 기술입니다. 이 방법은 스핀-궤도 결합 효과를 시각화하여 스핀트로닉스 연구에 활용됩니다.

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M. 나카야마, S. Toyohisa, A. 후쿠시마 감사 하 고 대 한 영 이시다 실험적인 체제를 지원 합니다. 우리는 기꺼이 자금 JSP Grantin-원조에서 프로젝트 번호 26287061를 통해 과학적 연구 (B)를 위한 대 한 젊은 과학자 (B) 프로젝트 번호를 통해 인정 15 K 17675. 이 작품 또한 일본의 문 부 과학성 (혁신적인 지역 "토폴로지 재료 과학," 부여 번호 16 H 00979) 및 JSP KAKENHI (보조금 번호 16 H 02209)에 의해 지원 되었다

1. 샘플 마운트 및 설치
<ol><li>1 × 1 × 0.5 m m의 대략적인 크기에 Bi2Se313 의 단일 크리스탈 샘플을 잘라 샘플 홀더를 샘플을 접착제로,3 , 사용 은색 기반 에폭시.</li>
	<li>샘플 표면에 스카치 테이프를 붙여 넣습니다. 참고: 스카치 테이프는 원자적 깨끗 한 표면을 얻기 위해 초고 진공 (UHV) 챔버에 샘플을 쪼개 사용 됩니다.</li>
	<li>로드 잠금에 잡지 샘플으로 샘플을 설치 하 고 로드 자물쇠의 압력은 1 × 10-5 아빠 보다 낮은 될 때까지 펌프를 시작</li>
</ol>2. 샘플 고착
<ol><li>로드 잠금 및 UHV 준비 챔버 사이 UHV 밸브를 엽니다.</li>
	<li>로드 잠금 챔버에 연결 되어 있는 선형/회전 피드스루를 사용 하 여 부하 바위 준비 약 실에 샘플 잡지를 이동 합니다.</li>
	<li>준비 실에 연결 하는 전송 막대에 의해 잡지 샘플에서 샘플을 선택 합니다.</li>
	<li>다시 넣어 샘플 잡지 로드 잠금 고 UHV 밸브를 닫습니다.</li>
	<li>준비 챔버의 압력 아래 5 × 10-7 아빠 될 때까지 기다립니다</li>
	<li>준비 실에서 동요 막대기를 사용 하 여 스카치 테이프를 껍질 하 고 쪼개 UHV 조건 샘플.</li>
</ol>3. 샘플 측정 위치로 전송
<ol><li>UHV 측정 챔버에 샘플을 전송 하 고 측정 챔버 장착 나사 드라이버에 의해 주요 gonio 단계를 샘플을 수정.</li>
	<li>측정 위치에 gonio 단계를 이동 하 고 마이크로미터 단계를 사용 하 여 정확 하 게는 분석기의 초점에 샘플 위치 이동.</li>
</ol>4. 7 eV-레이저 설치
<ol><li>Nd:YVO4 레이저를 켭니다. 참고: 레이저 120 MHz의 높은 반복 속도 355 nm 레이저 빛을 생성합니다.</li>
	<li>레이저 빔 셔터를 열고 레이저 KBBF 크리스털 및 177의 2 차 고조파 웨이브 통과 확인 nm (6.994 eV) 생성 됩니다.</li>
	<li>가변 감쇠기와 355 nm 레이저의 파워를 변경 하 여 7 eV-레이저의 파워를 최적화 합니다.</li>
</ol>5. ARPES 데이터 수집
<ol><li>데스크톱 컴퓨터에서 분석기 제어 소프트웨어를 엽니다. 참고: 우리는 전자 편향 제어 ScientaOmicron 분석기에 대 한 일반적인 프로그램은 "SES 소프트웨어"를 사용 합니다.</li>
	<li>설치메뉴에서 시퀀스 아래...를 선택 합니다 (그림 2, i.2-1 단계) 바.</li>
	<li>광전자 편향 된 페르미 표면 매핑을 수행 하 ARPES 구성 (그림 3, i.3-1 단계) 및 ARPES 매핑 목록 (그림 3, i.3-2 단계)에서 선택 합니다.</li>
	<li>(그림 3, i.3-3 단계)를 편집 을 클릭 하 고 0.5 ° (그림 3, i.3-4 단계)의 단계 크기는 방출 각도 θy 의 12 °-12 °에서 배열 하는 페르미 표면 매핑 구성. 참고: 전자 편향 된 반구형 분석기 샘플 회전 없이 페르미 표면 매핑할 수 있습니다.</li>
	<li>(그림 2, i.2-3 단계)을 실행 을 클릭 합니다.</li>
</ol>6. SARPES 데이터 수집
<ol><li>수동으로 SARPES 측정 분석기 입구 슬릿과 조리개 크기 (그림 1)를 포함 하 여 시스템 설정 변경.</li>
	<li>설치메뉴에서 시퀀스 아래...를 선택 합니다 (그림 2, i.2-2 단계) 바.</li>
	<li>목록 (그림 4, i.4-2 단계)에서 회전 구성 (그림 4, i.4-1 단계)와 정상 을 선택 하 고 확인 (그림 4, 단계 i.4-3)을 클릭 합니다.</li>
	<li>메뉴 모음 및 컨트롤 세타 DA30 (그림 5, i.5-1 단계)을 선택... (그림 5, i.5-2 단계) DA30 각도 (θx, θy) 구성에 대 한 설정 패널을 엽니다.</li>
	<li>선택 방출 각도 (θxθy) SARPES 스펙트럼 (그림 5, 단계 i.5-3)을 (-6 °, 0 °) =.</li>
	<li>VLEED 대상 특정 축 따라 양의 방향에 자력을 띠게 하 바이 폴라 콘덴서 뱅크를 제어 하 여 자기장을 적용 (α: x, y또는 z). 참고: 시스템에서이 프로세스는 명령 프롬프트 [그림 6 (a)]를 통해 할 수 있습니다.</li>
	<li>강도 스펙트럼 (그림 2, i.2-3 단계)을 실행 을 클릭 합니다.</li>
	<li>Α에 따라 음의 방향에서 VLEED 대상 끌다 강도 스펙트럼을 스캔을 시작 하는 자기장을 적용 합니다.</li>
	<li>스핀-분극 및 스핀 해결 스펙트럼을 계산 합니다.</li>
</ol>7. 스캔 빛 분극 의존
<ol><li>λ/2-파장판 정확 하 게 조정 7 eV-레이저의 빛 분극 스테핑 모터에 의해 제어의 각도 변경 합니다. 참고: 시스템에서이 프로세스는 명령 프롬프트 [그림 6 (b)]를 통해 할 수 있습니다.</li>
	<li>X, y 및 z 축에 대 한 스핀 해결 스펙트럼을 가져가 라.</li>
	<li>3 °의 단계 크기 102 °에 0 °에서 절반 파장판 각도 변화 빛 분극의 기능으로 스핀 해결 스펙트럼을 검사 합니다.</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>

저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.

ARPES 및 SARPES 기술 전자 밴드 구조 스핀-검색1,2및 밴드 매핑을 통해 공부에 대 한 일반적으로 사용 되었습니다. 이러한 일반적인 장점 위에 표시 된, 뿐만 아니라 레이저-SARPES 광 쌍 극 자 여기에 궤도 선택 규칙에 따라 시각화 하는 wavefunction 및 양자 스핀 간섭에 스핀-궤도 결합 효과 대 한 새로운 기술로 채택 될 수 있다 . 레이저의 편광 waveplates p-와 s사이의 기울어진된 선형 분극 하 여 쉽게 조작할 수 있습니다 에서처럼 그림 9 , 10,-분극19. 원칙적으로, 원형 및 심지어 타원 편광된 조명 얻은 고 레이저 SAPRES에 사용 될 수 있습니다. 이 다양 한 가변 편광 거의 노블 가스 방전 램프, 싱크 로트 론 방...

고체 상태1에 quasiparticle 밴드 구조를 조사 하는 가장 강력한 도구 중 하나에 각도 해결 광전자 방출 분광학 (ARPES) 기술을 개발 했다. ARPES의 매력적인 특징의 대부분은 에너지와 운동량 공간에서 전자 상태 특성 밴드 매핑 위한 기능입니다. 스핀 해결 ARPES (SARPES), 여기 스핀-감지기, 예를 갖추고 있습니다. 더 모트 탐지기2,3, 관찰된 밴드 구조4의 스핀 문자를 해결 하기 위해 수 있습니다. 모트 검출기는 두 개의 축 (x 와 z또는 y 및 z)와 스핀을 측정할 수 있습니다., 더 두 모트 감지기의 조합을 하나의 3 차원4,5의 스핀 방향을 얻을 수 있습니다. . 그러나 십년 동안,, SARPES 실험은 그들의 낮은 효율 (일반적으로 1/10000 스핀 통합 ARPES 측정에 비해)에서 고통을 했다3,,45,6 ,7, 에너지와 각도 해상도 제한 했다. 최근, SARPES의 에너지 분해능 exchange 산란, 소위 매우 낮은 에너지 전자 회절 (VLEED) 검출기7,8,9에 따라 높은 효율적인 회전 검출기로 증가 되었습니다. ,10. 이 검출기, 데이터 품질을 크게 향상 되었습니다와 데이터 수집 시간이 단축 되었습니다. 최근, SARPES 스핀 편광 전자 상태 및 특히 스핀-궤도 결합 효과 표면 밴드7의 회전 질감에 결과 해결 하기 위해 크게 성공 했습니다.
여기, 우리 SARPES 고용 양극 화 변수 진공 자외선 측정 레이저 광 (레이저-SARPES)와 입증이 결합 된 기술의 큰 장점. Bi2Se3스핀-궤도 결합 표면 상태에 조사를 통해 우리는 레이저 SARPES의 두 가지 기능을 제시. 첫째, 쌍 극 자 전이 정권, p-, s에 선형 편광 된 레이저의 궤도 선택 규칙 때문-편광된 빛 선택적으로 다른 궤도 대칭 아이겐 wavefunctions의 부분을 자극. 이러한 궤도 선택적 여기는 그로 인하여 SARPES, 즉, 궤도 선택적 SARPES. 둘째, SARPES에서 3 차원 (3D) 스핀-탐지 스핀 양자 축 방향을 표시 하 고 직접 빛 분극 의존의 전체 정보를 표시 합니다. 이 프로토콜에 우리는 잠시이 최신의 레이저-SARPES 기술을 강한 스핀-궤도 결합 효과 연구를 수행 하는 방법을 설명 합니다.
우리의 레이저-SARPES 시스템은 고체 상태 물리학, 도쿄 대학11을 위한 연구소. 우리의 레이저 SAPRES 기계의 도식 적인 그림은 그림 1에 표시 됩니다. 분극 변수 7 eV 레이저 빛12 샘플 표면 조명 하 고는 photoelectrons 샘플에서 방출 된다. 레이저의 편광 자동으로 MgF2-기반으로 λ/2-와 λ/4-waveplates 선택 사용 하 여 선형 및 원형 분극에 의해 제어 됩니다. 반구형 전자 분석기는 photoelectrons를 해결 하 고 그들의 운동 에너지 (E친척) 및 방출 각도 (θx θy)을 분석 합니다. 광전자 농도 E킨-CCD 카메라에 의해 감시 하는θx 화면에 매핑됩니다. 이 이미지 직접 상호 공간에서 에너지 밴드 구조에 변형 된다.
SARPES 측정을 위해 특정 방출 각도와 운동 에너지는 전자 분석기에 의해 분석 photoelectrons 90도 광전자 디플렉터와 두 개의 VLEED 형 스핀 감지기를 유도 하 고 광전자 빔 2에 초점을 맞추고 있다 Fe(001)-p(1 × 1) 영화 산소에 의해 종료의 다른 목표 대상에 의해 반영 photoelectrons 각 회전 검출기에 배치 하는 channeltron를 사용 하 여 단일 채널 검색에서 검색 됩니다. VLEED 목표는 서로 관하여 직각 형상으로 배열 되는 헬름홀츠 형 전기 코일으로 자성 수 있습니다. 자화 방향 바이 폴라 콘덴서 뱅크에 의해 제어 됩니다. 이중 VLEED 회전 검출기 함으로써 3 차원에 광전자의 스핀 분극 벡터 분석을 사용 합니다.

<table><tbody><tr><td>DA30-L 반구형 분석기</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>은 기반 에폭시</td><td>에폭시 기술</td><td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Sctoch 테이프</td><td>3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td>UHV 밸브</td><td>VAT</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>선형/로터리 피드스루</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>전사 봉</td><td>UHV 디자인</td><td>PP 시리즈</td><td></td></tr><tr><td>워블 스틱</td><td>Ferrovac</td><td>WM40</td><td></td></tr><tr><td>팔라딘 컴팩트 355</td><td>코 히런트</td><td></td><td></td></tr><tr><td>반 파장 판</td><td>코가 쿠기 켄</td><td></td><td>주문 제작</td></tr><tr><td>바이폴라 콘덴서 뱅크</td><td>츠지 전자</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

분극 변수 레이저와 함께 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학 실험 방법

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

이 프로토콜의 목표 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학 분극 변수 7 eV 레이저 (레이저-SARPES)와 함께 수행 하는 방법을 제시 하 고 고체 물리학을 공부에 대 한이 기술의 힘을 보여주는 것입니다. 레이저 SARPES는 두 개의 큰 기능을 달성 한다. 첫째, 선형 편광 된 레이저의 궤도 선택 규칙을 검사 하 여 궤도 선택적 여기 수 실시 SAPRES 실험. 둘째, 기술은 빛 분극의 기능으로 스핀 양자 축 변형의 전체 정보를 표시할 수 있습니다. 레이저 SARPES에서 이러한 기능의 협업의 힘을 보여, 우리는 Bi2Se3의 표면 상태를 스핀-궤도 결합의 수사를 위해이 기술을 적용. 이 기술은 스핀-궤도 결합 wavefunctions에서 스핀과 궤도 구성 요소 분해을 준다. 또한, 직접 스핀 탐지를 사용 하 여의 대표적인 장점은 편광 변수 레이저와 함께 collaborated, 기술은 스핀 양자 축 3 차원에서의 빛 분극 의존 명확 하 게 시각화. 레이저 SARPES는 극적으로 광전자 방출 기술의 능력을 증가 시킵니다.

SARPES 실험을 시작 하기 전에 k 위치 높은 통계 스핀 통합 ARPES 결과와 높은 에너지-각도-해상도 (프로토콜 5.1-5.5)을 사용 하 여 스핀 해결 스펙트럼을 주셔서 정확 하 게 결정 해야 합니다. 이 Bi2Se3 단 결정에 대 한 ARPES 결과 제시는 그림 7 에서 설명 했다. 이 소재는 표면 상태 스핀 편광14,15원형 위상 절연체로 알려져 있다. ARPES 밴드 지도 명확 하 게 2 차원 표면 상태16의 매우 가파른 디랙 콘 같은 에너지 분산을 해결합니다. ARPES 결과 쪼개진된 표면 및 샘플 방향의 높은 품질을 확인합니다. 밴드 지도 및 페르미 표면 매핑의 에너지와 기세 정보에서 하나 지금 SA...

여기, 우리 기술로 회전 및 각도 해결 광전자 방출 고체 상태에서 스핀-궤도 결합 효과 시각화 하 분극 변수 7 eV 레이저를 결합 한다.

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

SARPES라고 하는 스핀 및 각도 분해 광방출 분광법은 스핀 정보를 포함한 고체 전자 구조를 조사하는 강력한 기술입니다. 우리의 방법에서는 이 기술을 편광 가변 7-eV 레이저와 결합하여 전자 스핀 구조를 매우 정확하게 결정할 수 있었습니다. SARPES는 일반적으로 싱크로트론 방사선 또는 비활성 가스 방전 램프로 수행되었습니다.이 방법과 비교했을 때, 편광 가변 7-eV 레이저를 사용하면 크게 개선됩니다. 레이저 빔을 사용한 편광은 waveplate를 사용하여 쉽게 제어할 수 있습니다. 이 속성을 사용하면 광 편광에 민감한 전자 스핀의 거동을 완전히 추적할 수 있습니다.광전자 스핀 반응은 광 편광에 따라 달라집니다. 그리고 그것은 스핀-궤도 결합(spin-orbit coupling)과 스핀-간섭(spin-interference)과 같은 많은 물리적 의미를 보여줍니다. 이러한 이유로 우리의 기술은 응집 물질 물리학을 연구하는 데 점차적으로 사용될 수 있습니다.시작하려면 비스무트 셀레나이드의 단결정 샘플을 자르고 은 기반 에폭시를 사용하여 샘플 홀더에 붙입니다. 에폭시가 경화되면 샘플 표면에 스카치 테이프 조각을 놓습니다. 그런 다음 샘플 매거진을 초고진공 로드 록으로 옮기고 로드 록의 압력이 1 곱하기 10에서 음의 5파스칼까지 낮아질 때까지 펌프를 시작합니다.다음으로, 로드 록과 준비 챔버 사이의 초고 진공 밸브를 열고, 로드 록 챔버에 부착된 피드스루 메커니즘을 사용하여 샘플 매거진을 로드 록에서 준비 챔버로 이동합니다. 이제 트랜스퍼 로드를 사용하여 샘플 매거진에서 샘플을 픽업한 다음 샘플 매거진을 로드 록에 다시 놓고 초고 진공 밸브를 닫습니다. 제제 챔버의 압력이 음의 7 파스칼에서 5 곱하기 10 이하가 될 때까지 기다린 다음 준비 챔버의 워블 스틱을 사용하여 비스무트 셀레나이드 표면에서 스카치 테이프를 벗겨냅니다.이렇게 하면 샘플이 절단되어 원자적으로 깨끗한 표면이 생성됩니다. 샘플을 UHV 측정 챔버로 옮깁니다. 거기에서 드라이버를 사용하여 샘플을 메인 고니오 스테이지에 고정합니다.그런 다음 스테이지를 측정 위치로 이동하고 마이크로미터 스테이지를 사용하여 샘플을 분광계의 초점에 정확하게 배치합니다. 다음으로, 네오디뮴이 도핑된 이트륨 오르토바나데이트 레이저를 켜고 10분에서 15분 동안 예열합니다. 레이저 빔 셔터를 열고 레이저가 칼륨 베릴륨 플루오로보레이트 결정을 통과하여 177나노미터의 두 번째 고조파를 생성하는지 확인합니다.가변 감쇠기를 사용하여 355 나노미터 레이저의 출력을 변경하여 7전자 볼트 레이저의 출력을 최적화합니다. 먼저 분석기 제어 소프트웨어를 엽니다. Sequence Menu(시퀀스 메뉴)에서 setup(설정)을 선택한 다음 목록에서 ARPES configuration(ARPES 구성) 및 ARPES mapping(ARPES 매핑)을 선택하여 광전자 디플렉터로 Fermi 표면 매핑을 수행합니다.편집을 클릭하고 방출 각도가 12도에서 12도 사이이며 단계 크기가 0.5도이고 단계 수가 49가 되도록 Fermi 표면 매핑을 구성합니다. 설정이 완료되면 시퀀스 메뉴로 돌아가서 실행을 선택합니다. 반구형 분석기에는 전자 편향기가 있어 샘플을 회전시키지 않고 페르미 표면을 매핑할 수 있습니다.스핀 및 각도 분해 광방출 분광법 측정을 위한 기계 설정을 수동으로 변경합니다. 여기에는 분석기 입구 슬릿과 조리개 크기 변경이 포함됩니다. 소프트웨어에서 설정을 선택하고 스핀 구성을 선택하고 옵션 목록에서 일반을 선택하고 확인을 클릭합니다.그런 다음 메뉴 모음에서 DA30을 선택하고 세타 제어로 이동합니다. 그러면 DA30 각도 구성에 대한 설정 패널이 열립니다. 패널에서 θń x의 방출 각도를 음수 6도로, θń y의 방출 각도를 0도로 선택합니다.그런 다음 명령 프롬프트를 사용하여 바이폴라 콘덴서 뱅크를 제어하여 자기장을 적용합니다. 이것은 x, y 또는 z축을 따라 위치 방향으로 v-lead의 대상을 자화합니다. 설정이 완료되면 run을 클릭하여 강도 스펙트럼을 가져옵니다.다음으로, 자기장을 적용하여 축을 따라 음의 방향으로 v-lead 타겟을 자화하고 스캔을 실행하여 다른 강도 스펙트럼을 취합니다. 완료되면 스핀 편광과 스핀 분해 스펙트럼을 계산합니다. 명령 프롬프트를 사용하여 스텝 모터에 전원을 공급하여 7개의 전자 볼트 레이저의 광 편광을 조정하기 위해 반파장판의 각도를 정밀하게 변경합니다.그런 다음, x축, y축, z축 각각에 대해 스핀 분해 스펙트럼을 구합니다. 빛 편광의 함수로 스핀 분해 스펙트럼을 스캔하는 동시에 3도의 스텝 크기로 반 파장판 각도를 0도에서 102도까지 변화시킵니다. Bismuth selenide는 스핀 편광 표면 상태를 가진 프로토타입 토폴로지 절연체입니다.비스무트 셀레나이드의 표면 상태에 대한 얻은 페르미 표면 지도는 거의 원 모양을 보여줍니다. 그런 다음 높은 대칭선을 따라 밴드 매핑을 수행합니다. 그것은 소위 Dirac 원뿔이라고 하는 X 모양의 에너지 분산을 보여줍니다.이러한 결과에서 이제 SARPES 실험에 대한 특정 방출 각도를 선택할 수 있습니다. 세타 x가 음의 6도이고 세타 y가 표면 대역의 음의 kF에서 0도와 같을 때 다른 자화 방향에 대한 에너지 분포 곡선은 페르미 에너지 근처에서 강도가 최고조에 달합니다. 두 스펙트럼의 강도는 피크 근처에서 다릅니다.이들의 강도 사이의 차이로부터, 스핀 편광을 에너지와 스핀 분해 스펙트럼의 함수로 계산할 수 있습니다. 분명히 업 스핀 스펙트럼은 피크 구조를 가지고 있지만 다운 스핀 스펙트럼은 상대적으로 평평합니다. 이것은 거의 100% 스핀 편광을 반영합니다.다른 축과 다른 광 편광에 대해 동일한 측정을 수행할 때 전자의 스핀 방향과 편광 의존성이 명확하게 보입니다. p-편광의 경우, 데이터는 y를 따라서만 100% 양의 스핀 편광을 명확하게 보여주며 x 및 z 방향을 따라 스핀 편광은 없습니다. 흥미롭게도, 빛 편광을 p에서 s로 전환하면 스핀 편광의 부호도 x 및 z 스핀 성분이 없는 s-편광의 경우 음의 100%로 전환됩니다.전체 스핀 정보의 결과로, 전자의 스핀 회전은 3차원으로 완전히 풀립니다. 우리는 비스무트 셀레나이드의 스핀 편광 상태를 시작하기 위한 편광 가변 레이저를 사용하는 SARPES의 힘을 입증했습니다. 이를 통해 우리는 전자 스핀과 그 변화를 빛 편광의 함수로 직접 시각화할 수 있습니다.이 기술은 다른 많은 물리 시스템에 쉽게 적용할 수 있습니다. 우리의 실험은 라이트 필드의 작은 변화조차도 실제로 광전자 스핀을 3차원으로 재수정할 수 있음을 보여줍니다. 샘플을 조명하는 방법은 매우 중요합니다.데이터를 올바르게 이해하려면 실험 기하학을 관리해야 합니다.

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

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연구

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공학

이 방법의 전반적인 목표는 싱크로트론 방사와 각도 - 해결 Photoemission 분광법을 사용하여 매우 낮은 온도에서 고체의 낮은 에너지 전자 구조를 결정하는 것입니다.

울트라 낮은 온도에서 각도 - 해결 Photoemission 분광법

불규칙한 시료에서 길이 스케일을 프로브하는 중성자 산란 기술로 스핀 에코 해결 방목 발생발생(SERGIS)을 활용하는 데 진전이 이루어지고 있다. [6,6]-페닐-C61-부티릭 산 메틸 에스테르의 결정성술은 SERGIS 기술과 광학 및 원자력 현미경 검사법에 의해 확인된 결과를 사용하여 조사되었다.

중성자 스핀 에코 사용 하 여 방목 발생률 을 해결 하는 유기 태양 전지 물질을 조사 하기 위해

사전 조정된 비선형 편광 회전 파이버 레이저에서 모드 잠금을 감지하고 자동화하는 프로토콜이 제시됩니다. 모드 잠금이 발생할 때 출력 편광 상태의 급격한 변화를 감지하는 것은 모드 잠금 조건을 찾기 위해 캐비티 내 편광 컨트롤러의 정렬을 명령하는 데 사용됩니다.

출력 편광 측정을 통해 비선형 편광 회전 광섬유 레이저의 모드 잠금의 자동화

원고는 레이저 제한 해상도와 광발광(PL) 분광법을 모두 통합하는 포논 보조 준공진 형광 분광법의 방법을 설명합니다. 이 방법은 광학 포논을 사용하여 에너지 영역에서 원자와 같은 반도체 구조의 선폭 제한 해상도 스펙트럼을 제공합니다. 이 방법은 또한 단일 분광계 광학 분광학 설정으로 쉽게 실현할 수 있습니다.

높은 해상도 포논 도움을 준 공명 형광 분광학

고해상도 쿨롱 폭발 이미징 설정을 사용하여 분자 회전파 패킷의 실시간 동영상을 만들기 위한 프로토콜을 제시합니다.

레이저 기반 초고속 분자 회전의 직접 이미징

이 프로토콜에는 여기를 확인 하 고 결합 빛 방출 및 정기적인 배열에서 발생 블로흐와 같은 표면 플라스몬 polaritons 사이 요금 계측을 설명 합니다.

여기 및 빛 방출 및 표면 플라스몬 Polaritons 사이 요금 커플링

여기, 선물이 음이온 종의 광전자 이미징에 대 한 프로토콜. 음이온 vacuo에서 생성 하 고 질량 분석으로 구분 속도 매핑된 광전자 이미징, 음이온 전자 상태의 자연과 음이온 및 중립 에너지 레벨, 음이온, 중립 구조 상세 정보 제공을 사용 하 여 조사 됩니다.

F− 의 310 Nm 분리에 의해 설명 하는 음이온의 광전자 이미징

우리는 생성된 얽힌 광자의 실험 적 충실도를 추정하기 위한 검출 방식과 함께 여러 양자 간섭 효과를 기반으로 무조건 편광 얽힌 광자의 생성을 위한 광학 시스템을 설명합니다.

다중 양자 간섭을 기반으로 무조건 편광 얽힌 광자를 생성하기 위한 포토닉 시스템

포토닉 밴드 구조는 제한된 전자기 모드가 포토닉 크리스탈 내에서 전파되는 방식을 이해할 수 있게 해줍니다. 자기 원소를 통합하는 포토닉 크리스탈에서는 밀폐 및 공진 광학 모드와 같은 강화되고 수정된 자기 광학 활동이 수반됩니다. 우리는 푸리에 공간 현미경검사법에 의해 자기 광학 대역 구조를 추출하는 측정 절차를 기술합니다.

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여기에 제시된 이온 트랩에서 도플러가방출한 형광 수를 최대화하여 진공 창의 자작나무를 측정하는+ 방법이다. 진공 창의 자폐는 외부 파판의 아지무탈 각도를 변경하여 보상 할 수있는 레이저의 편광 상태를 변경합니다.

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이 논문은 편광에 민감한 이광자 현미경을 적용하여 표지가 없는 아밀로이드 상부구조-구형석 내의 국소 조직을 특성화하는 방법을 설명합니다. 또한 샘플을 준비 및 측정하고, 필요한 설정을 조립하고, 데이터를 분석하여 아밀로이드 섬유의 국소 조직에 대한 정보를 얻는 방법을 설명합니다.

Label-free Amyloid Structural Characterization을 위한 편광에 민감한 2광자 현미경

배우세요 분극 변수 7-eV 레이저를 활용한 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학(SARPES) 방법으로 고체 상태에서 전자 스핀 구조를 정밀하게 결정하는 기술입니다. 이 방법은 스핀-궤도 결합 효과를 시각화하여 스핀트로닉스 연구에 활용됩니다.

분극 변수 레이저와 함께 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학 실험 방법

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