Het algemene doel van deze methode is het bepalen van de lage-energie elektronische structuur van vaste stoffen bij ultralage temperaturen met behulp van hoekopgeloste foto-emissie spectroscopie met synchrotron straling.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hoekopgeloste foto-emissie spectroscopie bij ultralage temperaturen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
De fysische eigenschappen van een materiaal worden bepaald door de elektronische structuur. Elektronen in vaste stoffen worden gekenmerkt door energie (ω) en momentum (k) en de kans dat ze in een bepaalde toestand met gegeven ω en k wordt beschreven door de spectrale functie A (k, ω). Deze functie kan direct worden gemeten in een experiment op basis van de bekende foto-elektrisch effect voor de uitleg daarvan Albert Einstein de Nobelprijs terug in 1921. In het foto-elektrisch effect scheen het licht op een oppervlak uitgeworpen elektronen uit het materiaal. Volgens Einstein energiebesparing kan men bepalen de energie van een elektron in het monster, mits de energie van het licht foton en kinetische energie van de uitgaande foto-elektron bekend. Momentum instandhouding maakt het ook mogelijk is om k relateren aan de momentum van het foto-elektron door meting van de hoek waaronder de foto-oppervlak verlaten. De moderne versie van deze techniek heet hoekopgeloste foto-emissie spectroscopie (ARPES) en exploiteert zowel behoudswetten in om de elektronische structuur te bepalen, dat wil zeggen energie en dynamiek van elektronen in de vaste stof. Om de details van cruciaal belang voor het begrijpen van de actuele problemen van gecondenseerde materie oplossen drie grootheden moeten worden geminimaliseerd: * onzekerheid in foton energie, onzekerheid in kinetische energie van foto-elektronen en temperatuur van het monster.
In onze aanpak combineren we drie recente prestaties op het gebied van synchrotron straling, oppervlakte wetenschap en cryogene. We gebruiken synchrotronstraling met afstelbare foton energie bijdraagt een onzekerheid in de orde van 1 MeV, een elektron energie analysator die de kinetische energie detecteert met een nauwkeurigheid in de orde van 1 MeV en hij 3 cryostaat which kunnen we de temperatuur van het monster onder 1 K. We bespreken de voorbeeldige resultaten op eenkristallen van Sr 2 RuO 4 en sommige andere materialen. De elektronische structuur van dit materiaal kan worden bepaald met een ongekende helderheid.
Inleiding
Tegenwoordig ARPES wordt veel gebruikt om de elektronische structuur van vaste stoffen te bepalen. Meestal zijn verschillende varianten van deze methode die door de bron van de straling die nodig is om de elektronen te exciteren. We gebruiken synchrotronstraling aangezien het een unieke gelegenheid om de polarisatie en de excitatie foton energie afstemmen op een wijd energiebereik en wordt gekenmerkt door hoge intensiteit, kleine bandbreedte (onzekerheid in energie hn) en kan worden gericht op een smalle bundel te verzamelen foto-elektronen van een vlek van enkele tientallen microns. Synchrotronstraling wordt gegenereerd in electron opslagringen dwingen elektronen ci....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Montage van de Sample
- Dit experiment maakt gebruik van synchrotron straling geproduceerd door de BESSY opslag ring van Helmholtz-Zentrum Berlin. De fotonen reizen bundellijn aan onze end-station waar een monster is gemonteerd.
- Begin met een enkel kristal van het te onderzoeken materiaal, hier strontium ruthenate. Gebruik zilver-gebaseerde epoxy te lijmen het monster naar de monsterhouder. Het zilver gebaseerde epoxy zorgt voor een goede thermische en elektrische contact.
- Lijm een aluminium top-post aan het oppervlak van het monokristallijne. De top-post wordt gebruikt voor het splitsen van het monster in ultrahoog vacuüm een atom....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De ultra-lage temperaturen van onze opstelling in combinatie met de hoge resolutie van de bundellijn en analyser kunnen wij spectra op te nemen met een zeer hoge totale resolutie. Dit wordt geïllustreerd in figuur 3. De gebruikelijke test van de energieresolutie is het meten van de breedte van de Fermi rand van een metaal. In dit geval is een vers verdampt indium film. De breedte bij half maximum (FWHM) van de Gauss, die bij ondoorzichtig door de step-functie precies beschrijft de rand, in de orde van 2.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Zoals hierboven vermeld, de geïmplementeerde werkwijze is zeer efficiënt in het bestuderen van de lage-energie elektronische structuur van eenkristallen. Recente instrumentale verbeteringen hebben zich ARPES van een eenvoudige karakterisering en band-mapping tool in een verfijnde veel-deeltjes spectroscopie. Een moderne experiment levert informatie over de elektronische structuur van een vaste stof of een nano-object met een nieuw niveau van precisie. Toegang tot de Fermi oppervlak in het geval van een metaal, energie l.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Geen belangenconflicten verklaard.
Dankbetuigingen
We dankbaar erkennen de hulp van 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, die bedacht het "1-blokjes"-project , ontworpen, geconstrueerd en in opdracht van de bundellijn en end-station en voorzien organisatorische en ondersteuning van de gebruikers.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Naam van de Reagens / Materiaal | Vennootschap | Catalogus nummer | Reacties |
| Eenkristallen van ZrTe 3 en Tise 2 | gegroeid door Dr Helmut Berger, EPFL, Lausanne | ||
| Eenkristallen van Sr 2 RuO 4 | gegroeid door de groep van Dr Antonio Vecchione | ||
| MONSTERS ZrTe 3, Tise 2, Sr 2 RuO 4 |
Referenties
- Borisenko, S. V. One-Sign Order Parameter in Iron Based Superconductor. Symmetry. 4, 251-264 (2012).
- Maeno, Y., Hashimoto, H., Yoshida, K., Nishizaki, S., Fujita, T., Bednorz, J. G., Lichtenberg, F. Superconductivity in a layered perovskite without copper. Nature (London). 372
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
