Name: Experimentele methoden voor Spin - en hoek-opgelost Photoemission spectroscopie gecombineerd met polarisatie-variabele Laser (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Leer spin- en hoek-opgeloste foto-emissiespectroscopie met een polarisatie-variabele 7-eV laser voor nauwkeurige bepaling van elektronenspinstructuren in vaste stoffen. Deze methode verbetert traditionele technieken aanzienlijk.

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

Wij danken M. Nakayama, S. Toyohisa, A. Fukushima en Y. Ishida voor ondersteuning biedt voor de experimentele opzet. Wij nogmaals mijn dankbaarheid uitspreken van de JSPS Grantin-Aid financiering voor wetenschappelijk onderzoek (B) door middel van Project nr. 26287061 en voor jonge wetenschappers (B) door middel van Project nr. 15K 17675. Dit werk werd ook ondersteund door MEXT van Japan (innovatieve gebied "topologische Materials Science," verlenen No. 16 H 00979) en JSPS KAKENHI (Grant No. 16 H 02209)

1. voorbeeld van de Mount en installatie
<ol><li>Single-crystal monsters van Bi2Se313 gesneden in een geschatte grootte van 1 × 1 × 0.5 mm3 en gebruik Splinter gebaseerde epoxy lijm van het monster, tot de monsterhouder.</li>
	<li>Plak de scotch tape op het oppervlak van de steekproef. Opmerking: De scotch tape wordt gebruikt om het klieven van het monster in met Vacuuemcel (UHV) te verkrijgen van een succesvol schoon oppervlak.</li>
	<li>Installeer het monster in het tijdschrift in de belasting-slot monster en start van de pomp, totdat de druk van de vergrendeling van de belasting lager dan 1 × 10-5 Pa. is</li>
</ol>2. voorbeeld splijten
<ol><li>Open de klep van de UHV tussen de belasting-vergrendeling en de UHV voorbereiding zaal.</li>
	<li>Verplaatsen het monster magazine uit de rots van de belasting aan de voorbereiding kamer met behulp van de lineaire/rotary-feedthrough die is gekoppeld aan de belasting lock kamer.</li>
	<li>Het monster van het monster tijdschrift halen door de staaf van de overdracht verbonden aan de kamer van de voorbereiding.</li>
	<li>Zet terug het monster tijdschrift in de belasting-vergrendeling en sluit de klep van de UHV.</li>
	<li>Wacht totdat de druk van de voorbereiding kamer lager dan 5 × 10-7 Pa. is</li>
	<li>Schil de plakband met behulp van wiebelen stok in de voorbereiding zaal en klieven van het monster onder de UHV voorwaarde.</li>
</ol>3. voorbeeld overdracht naar de positie van de meting
<ol><li>Overbrengen van het monster naar de UHV meting-kamer, en het monteren van het monster naar het hoofdwerkgebied gonio door de schroevendraaier uitgerust met de meting-kamer.</li>
	<li>De gonio-fase verplaatsen naar de positie van de meting en gebruik de micrometer fase precies de steekproef om cursor te verplaatsen naar de focus van de spectrometer.</li>
</ol>4. 7eV-laser Setup
<ol><li>Zet de Nd:YVO4 laser. Opmerking: De laser genereert 355 nm laserlicht met een hoge herhaling snelheid van 120 MHz.</li>
	<li>Open de sluiter laser beam, en ervoor te zorgen dat de laser de KBBF crystal en een tweede-harmonische Golf van 177 passeert nm (6.994 eV) wordt gegenereerd.</li>
	<li>De kracht van de 7eV-laser optimaliseren door het veranderen van de kracht van de laser van de 355-nm met de variabele verzwakker.</li>
</ol>5. CEVENNEN Data-acquisitie
<ol><li>Open de analyzer controle-software op de desktop computer. Opmerking: We gebruiken "SES software", dat een algemeen programma voor controle ScientaOmicron analyzer met een elektron deflector is.</li>
	<li>Selecteer Setuphieronder volgorde in het menu bar (Figuur 2, stap i.2-1).</li>
	<li>Kies CEVENNEN configuratie (Figuur 3, stap i.3-1) en de CEVENNEN toewijzing in de lijst (Figuur 3, stap i.3-2) voor het uitvoeren van de Fermi-oppervlak toewijzing met de deflector photoelectron.</li>
	<li>Klik op bewerken (Figuur 3, stap i.3-3) en configureer Fermi oppervlakte toewijzing variërend van-12 ° tot 12 ° van een emissie hoek θy met een stap grootte van 0,5 ° (Figuur 3, stap i.3-4). Opmerking: De halfronde analyzer met een elektron deflector stelt ons in staat om het Fermi-oppervlak zonder de monster rotaties in kaart.</li>
	<li>Klik op uitvoeren (Figuur 2, stap i.2-3).</li>
</ol>6. SARPES Data-acquisitie
<ol><li>Handmatig wijzigen van de set-up van de machine voor het meten van de SARPES met inbegrip van de analyzer ingang gleuf en de diafragma grootte (Figuur 1).</li>
	<li>Selecteer Setuphieronder volgorde in het menu bar (Figuur 2, stap i.2-2).</li>
	<li>Kies Spin configuratie (Figuur 4, stap i.4-1) en normaal in de lijst (Figuur 4, stap i.4-2), en klik op OK (Figuur 4, stap i.4-3).</li>
	<li>Selecteer DA30 (Figuur 5, stap i.5-1) op de menubalk en Controle Theta... (Figuur 5, stap i.5-2) te openen van het panel van de instelling voor de configuratie van de hoek (θx, θy) DA30.</li>
	<li>Kies de emissie hoek (θx, θy) = (-6 °, 0 °) te nemen van de spectra van het SARPES (Figuur 5, stap i.5-3).</li>
	<li>Magnetisch veld van toepassing door het beheersen van de bipolaire condensor bank en het VLEED doel in positieve richting langs de bijzondere as magnetiseren (α: x, yof z). Opmerking: In ons systeem, dit proces kan worden gedaan via de MS-DOS-prompt [Figuur 6 (a)].</li>
	<li>Klik op uitvoeren om intensiteit spectrum (Figuur 2, stap i.2-3).</li>
	<li>Magnetisch veld om te magnetiseren het doel van de VLEED in negatieve richting langs α en start scan om intensiteit spectrum van toepassing.</li>
	<li>Bereken de spin-polarisatie en de spectra spin-opgelost.</li>
</ol>7. het scannen van de afhankelijkheid van de lichte polarisatie
<ol><li>Wijzig de hoek van de λ/2-waveplate juist gecontroleerd door de stepping motor om af te stemmen op de lichte polarisatie van de 7 eV-laser. Opmerking: In ons systeem, dit proces kan worden gedaan via de MS-DOS-prompt [Figuur 6 (b)].</li>
	<li>Nemen van de spectra van spin-opgelost voor x, y en z -assen.</li>
	<li>Scan de spectra spin-opgelost als een functie van de lichte polarisatie met variërende de halve waveplate hoek van 0° tot 102° met de stap-grootte van 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>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

CEVENNEN en SARPES technieken zijn meestal gebruikt voor de studie van elektronische band structuren door middel van de toewijzing van de band en spin-detectie1,2. Naast deze algemene voordelen hierboven, kunnen laser-SARPES op basis van orbitaal selectieregel in optische dipool excitatie worden ingezet als een nieuwe techniek voor het visualiseren van het effect van de rotatie-orbitaal koppeling in de golffunctie en quantum spin-storing . Zoals aangetoond in <st...

Hoek-opgelost photoemission spectroscopie (CEVENNEN) techniek uitgegroeid tot een van de meest krachtige tool om te onderzoeken quasiparticle band structuren stevige staten1. De meeste van de aantrekkelijke functie van de CEVENNEN is de mogelijkheid voor het omzetten van de band te karakteriseren elektronische Staten in energie en impuls ruimte. Spin-resolved CEVENNEN (SARPES), die hier met draai-detectors, bv uitgerust is. Mott detector2,3, verder stelt ons in staat om op te lossen van de spin-karakter van de waargenomen band structuren4. Omdat de Mott-detector kan meten de spin met twee assen (x en z, of y en z), de combinatie van de twee Mott detectoren verder maakt het mogelijk om het verkrijgen van de oriëntatie van de spin in drie dimensie4,5 . Voor decennia, echter de SARPES experimenten werden leed aan hun lage efficiëntie (doorgaans 1/10000 vergeleken met die voor spin-geïntegreerd CEVENNEN meting)3,4,5,6 ,7, die de energie- en hoekige-resoluties had beperkt. Onlangs, is de resolutie van de energie van de SARPES opgetrokken met een hoog-efficiënte spin detector gebaseerd op uitwisseling verstrooiing, de zogenaamde zeer-lage-energie-elektronendiffractie (VLEED) detector7,8,9 ,10. Met deze detector, de kwaliteit van de gegevens is aanzienlijk verbeterd en de gegevens-Acquisitietijd is ingekort. Onlangs, SARPES geslaagd om sterk aan spin-gepolariseerde elektronische Staten en met name spin-baan koppeling effect wat resulteert in de textuur van de spin van de oppervlakte bands7.
Hier, gebruiken we SARPES metingen met een polarisatie-variabele vacuüm ultraviolet laser licht (laser-SARPES) en het aantonen van de grote voordelen van deze gecombineerde techniek. Door middel van het onderzoek op de spin-baan combinatie oppervlakte Staten in Bi2Se3presenteren we twee mogelijkheden van laser-SARPES. Ten eerste, als gevolg van de orbitale selectieregel van lineair gepolariseerde lasers in dipool overgangsregeling, p- en s-gepolariseerd licht selectief prikkelen van een deel van de eigen-golffuncties met verschillende orbitaal symmetrie. Een dergelijke orbitale selectieve excitatie is daardoor beschikbaar in SARPES, namelijk, orbital-selectieve SARPES. Ten tweede, driedimensionale (3D) spin-detectie in SARPES geeft de richting van de as van de quantum spin en direct volledige informatie van de licht-polarisatie afhankelijkheid worden weergegeven. In dit protocol beschrijven we kort een methodologie voor het uitvoeren van deze state-of-the-art laser-SARPES-techniek om te bestuderen van de effecten van de sterke spin-baan koppeling.
Onze laser-SARPES systeem is gelegen aan het Instituut voor vaste stoffysica, de Universiteit van Tokio,11. De schematische tekening van onze laser-SAPRES-machine is afgebeeld in Figuur 1. De polarisatie-variabele 7-eV laser licht12 verlicht het monster oppervlak en de photoelectrons van het monster worden uitgestoten. De polarisatie van de laser wordt automatisch gecontroleerd door MgF2- gebaseerde λ/2- en λ/4-waveplates selectief gebruik van lineaire en circulaire polarisaties. Een halfronde elektron analyzer corrigeert de photoelectrons en analyseert hun kinetische energie (Ekin) en de hoek van de emissie (θx en θy). De intensiteiten photoelectron worden toegewezen op de Ekin-θx scherm gecontroleerd door een CCD-camera. Dit beeld wordt direct omgezet in de structuur van de energie-band in de reciproque ruimte.
Voor de meting van de SARPES, de photoelectrons met een hoek van de specifieke emissie en de kinetische energie geanalyseerd door de elektron analyzer naar twee VLEED-achtige spin detectoren met een 90 graden photoelectron deflector worden geleid en de photoelectron balken zijn gericht op twee verschillende doelstellingen van Fe(001) -p(1 × 1) films beëindigd door zuurstof. De photoelectrons doorgevoerd door de streefcijfers worden gedetecteerd in één kanaal detectie met behulp van een channeltron geplaatst in elke spin detector. De doelstellingen van de VLEED kunnen worden gemagnetiseerde met Helmholtz-type elektrische spoelen die zijn gerangschikt met orthogonale geometrie ten opzichte van elkaar. De magnetisatie-richting wordt beheerd door de bank bipolaire condensor. De dubbele VLEED spin detectoren waardoor ons in staat stellen om te analyseren van de spin-polarisatie vector van de photoelectron in drie dimensies.

<table><tbody><tr><td>DA30-L hemispherical analyzer</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>Silver-based epoxy</td><td>Epoxy Technology</td><td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Sctoch tape</td><td>3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td>UHV valve</td><td>VAT</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>linear/rotary feedthrough</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>transfer rod</td><td>UHV design</td><td>PP series</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>Coherent</td><td></td><td></td></tr><tr><td>half waveplate</td><td>Kogakugiken</td><td></td><td>order made</td></tr><tr><td>Bipolar condenser bank</td><td>Tsuji electronics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

experimentele methoden voor spin - en hoek-opgelost photoemission spectroscopie gecombineerd met polarisatie-variabele laser

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

Het doel van dit protocol is te presenteren van het uitvoeren van de spin - en hoek-opgelost photoemission spectroscopie gecombineerd met polarisatie-variabele 7-eV laser (laser-SARPES), en tonen een kracht van deze techniek voor het bestuderen van de vaste stoffysica. Laser-SARPES behaalt twee grote mogelijkheden. In de eerste plaats door het onderzoek van orbitale selectieregel van lineair gepolariseerde lasers, kan orbital selectieve excitatie worden uitgevoerd in SAPRES experiment. Ten tweede, kan de techniek Toon volledige informatie van een variatie van de as van de quantum spin als een functie van de polarisatie van licht. Om aan te tonen de kracht van de medewerking van deze mogelijkheden in laser-SARPES, passen we deze techniek voor het onderzoek van spin-baan combinatie oppervlakte Staten van Bi2Se-3. Deze techniek biedt aan spin en orbital componenten van de spin-baan combinatie golffuncties ontleden. Bovendien, als een vertegenwoordiger voordeel van het gebruik van de directe spin detectie met de polarisatie-variabele laser samengewerkt, de techniek ondubbelzinnig visualiseert de afhankelijkheid van de lichte polarisatie van de spin quantum as in drie-dimensie. Laser-SARPES verhoogt drastisch een vermogen van photoemission techniek.

Voordat u begint SARPES experimenten, moeten k standpunten nauwkeurig worden bepaald voor het nemen van spectrum spin-opgelost met behulp van hoge statistiek spin-geïntegreerd CEVENNEN resultaten met hoge energie - en hoekige-resoluties (protocol 5.1-5.5). Dit wordt geïllustreerd in Figuur 7 waar de CEVENNEN resultaten voor een Bi2Se3 één crystal worden gepresenteerd. Dit materiaal staat bekend als een prototypische topologische...

Hier combineren we polarisatie-variabele 7-eV laser met draai - en hoek-opgelost photoemission techniek voor het visualiseren van het effect van de rotatie-orbitaal koppeling in stevige staten.

Experimentele methoden voor Spin - en hoek-opgelost Photoemission spectroscopie gecombineerd met polarisatie-variabele 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 ...

Spin en hoek-opgeloste foto-emissiespectroscopie, de zogenaamde SARPES, is een krachtige techniek om elektronenstructuren in de vaste toestand te onderzoeken, inclusief hun spininformatie. In onze methode combineren we deze techniek met de polarisatie-variabele 7-eV laser, waardoor we de elektronenspinstructuren zeer nauwkeurig kunnen bepalen. SARPES werd algemeen uitgevoerd met synchrotronstraling of een edelgasontladingslamp.In vergelijking met deze methode is het gebruik van een polarisatie-variabele 7-eV laser een grote verbetering. De polarisatie met de laserstraal kan eenvoudig worden geregeld met behulp van de golfplaat. Door gebruik te maken van deze eigenschap kunnen we het gedrag van elektronenspin volledig traceren, die gevoelig is voor de lichtpolarisatie.De spinreactie van het foto-elektron hangt af van de lichtpolarisatie. En dat toont veel fysische betekenissen zoals spin-orbit koppeling en spin-interferentie. Om deze reden kan onze techniek geleidelijk worden gebruikt voor het bestuderen van gecondenseerde materie fysica.Om te beginnen, snijdt u enkele kristalmonsters van bismutselenide en gebruikt u een zilver-gebaseerde epoxy om ze op een monsterhouder te lijmen. Zodra de epoxy is uitgehard, plaatst u een stuk plakband op het oppervlak van de monsters. Breng vervolgens het monstersmagazine over in de ultrahoge vacuüm laadvergrendeling en start de pomp totdat de druk van de laadvergrendeling lager is dan een keer tien tot de negatieve vijf pascal.Open vervolgens de ultrahoge vacuümklep tussen de laadvergrendeling en de voorbereidingskamer en verplaats het monstersmagazine van de laadvergrendeling naar de voorbereidingskamer, met behulp van het doorvoermechanisme dat aan de laadvergrendelingskamer is bevestigd. Gebruik nu een overdrachtsstaaf om het monster uit het monstersmagazine te halen en plaats vervolgens het monstersmagazine terug in de laadvergrendeling en sluit de ultrahoge vacuümklep. Wacht tot de druk van de voorbereidingskamer onder de vijf keer tien tot de negatieve zeven pascal is en trek vervolgens het plakband van het oppervlak van het bismutselenide af met behulp van de wobble stick in de voorbereidingskamer.Dit zal het monster splitsen en een atoomschone oppervlakte produceren. Breng het monster over naar de UHV-meetkamer. Gebruik daar een schroevendraaier om het monster op de hoofdgoniostadium te bevestigen.Beweeg vervolgens de stage naar de meetpositie en gebruik een micrometerstadium om het monster nauwkeurig op het focuspunt van de spectrometer te plaatsen. Schakel vervolgens de met neodymium gedopte yttrium orthovanadate laser in en laat deze tien tot 15 minuten opwarmen. Open de laserstroomklep en zorg ervoor dat de laser door een kalium beryllium fluoroboraat kristal gaat om een tweede harmonische golf van 177 nanometer te genereren.Optimaliseer het vermogen van de zeven elektronvolt laser, door het vermogen van de 355 nanometer laser te veranderen met behulp van een variabele attenuator. Open eerst de analyseercontrolesoftware. Selecteer in het volgordemenu setup en kies vervolgens ARPES configuratie en ARPES mapping in de lijst, om Fermi oppervlakte mapping uit te voeren met de foto-elektron afbuiger.Klik op bewerken en configureer de Fermi oppervlakte mapping zodat de emissiehoek varieert van 12 graden tot 12 graden met de stapgrootte van 0,5 graden en 49 voor het aantal stappen. Eenmaal ingesteld, ga terug naar het volgordemenu en selecteer uitvoeren. De hemisferische analyzer heeft een elektronenafbuiger waardoor we de Fermi oppervlakte kunnen mappen zonder het monster te roteren.Verander handmatig de machine-instelling voor spin en hoek-opgeloste foto-emissiespectroscopie meting. Dit omvat het wijzigen van zowel de analyseerinlaatspleten als de apertuurgrootte. Selecteer in de software setup en kies spin configuratie en normaal uit de lijst met opties en klik op oké.Selecteer vervolgens DA30 op de menubalk en navigeer naar controle theta. Dit zal het instellingspaneel voor de DA30 hoekconfiguratie openen. Kies in het paneel de emissiehoek voor theta x om negatief zes graden te zijn, en voor theta y om nul graden te zijn.Gebruik vervolgens een opdrachtprompt om het magnetische veld toe te passen door de bipolaire condensatorbank te regelen. Dit zal het v-leaddoel magnetiseren in de positierichting langs de x-, y- of z-as. Eenmaal ingesteld, klikt u op uitvoeren om het intensiteitsspectrum te nemen.Breng vervolgens een magnetisch veld aan om het v-leaddoel in de negatieve richting langs de as te magnetiseren en voer de scan uit om een ander intensiteitsspectrum te nemen. Wanneer u klaar bent, berekent u de spin-polarisatie en de spin-opgeloste spectra. Gebruik de opdrachtprompt om de stapmotor aan te drijven om de hoek van de halfgolfplaat nauwkeurig te veranderen om de lichtpolarisatie van de zeven elektronvolt laser af te stemmen.Neem vervolgens de spin-opgeloste spectra voor elk van de x-, y- en z-assen. Scan de spin-opgeloste spectra als functie van de lichtpolarisatie, terwijl u de hoek van de halfgolfplaat varieert van nul graden tot 102 graden met een stapgrootte van drie graden. Bismutselenide is een prototypische topologische isolator met spin-gepolariseerde oppervlaktetoestanden.De verkregen Fermi oppervlakte kaart van de oppervlaktetoestand in bismutselenide, toont een bijna cirkelvormige vorm. Voer vervolgens bandmapping uit langs de hoogsymmetrielijn. Het toont de X-vormige energiedispersie, de zogenaamde Dirac-kegel.Uit deze resultaten kan men nu de specifieke emissiehoek kiezen voor het SARPES-experiment. Bij het nemen van een theta x gelijk aan negatief zes graden en theta y gelijk aan nul graden over negatief kF van de oppervlakteband, pieken de energieverdelingscurven voor verschillende magnetisatierichtingen in intensiteit nabij de Fermi-energie. De intensiteiten in de twee spectra zijn verschillend nabij de piek.Uit het verschil tussen hun intensiteiten kan men de spin-polarisatie berekenen als functie van de energie en de spin-opgeloste spectra. Blijkbaar heeft het up spin spectrum een piekstructuur, maar het down spin spectrum is relatief plat. Dit weerspiegelt de bijna 100% spin-polarisatie.Bij het nemen

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

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.

Hoekopgeloste foto-emissie spectroscopie bij ultralage temperaturen

Er is vooruitgang geboekt bij het gebruik van spin-echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) als neutronenverstrooiingstechniek om de lengteschalen in onregelmatige monsters te onderzoeken. Kristallieten van [6,6]-fenyl-C61-boterzuurmethylester zijn onderzocht met behulp van de SERGIS-techniek en de resultaten bevestigd door optische en atoomkrachtmicroscopie.

Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering gebruiken om organische zonnecelmaterialen te onderzoeken

Een protocol om modusvergrendeling in een vooraf ingestelde niet-lineaire polarisatiedraaiingsvezellaser te detecteren en te automatiseren wordt gepresenteerd. De detectie van een plotselinge verandering in de uitgangspolarisatietoestand wanneer modusvergrendeling optreedt, wordt gebruikt om de uitlijning van een intra-cavitaire polarisatiecontroller aan te sturen om modusvergrendelingscondities te vinden.

Automatisering van Mode Locking in een lineaire Polarisatie Rotatie Fiber Laser tot Uitvoer Polarisatie Metingen

Het manuscript beschrijft een methode van door fononen geassisteerde quasi-resonante fluorescentiespectroscopie die zowel laser-gelimiteerde resolutie als fotoluminescentie (PL) spectroscopie omvat. Deze methode maakt gebruik van optische fononen om lijnbreedte-gelimiteerde resolutiespectra van atomachtige halfgeleiderstructuren in het energiedomein te leveren. De methode kan ook eenvoudig worden gerealiseerd met een enkele spectroscopische opstelling voor optische spectroscopie.

High Resolution Phonon ondersteunde Quasi-resonantie fluorescentiespectroscopie

We presenteren een protocol voor het creëren van een realtime film van een moleculair rotatiegolfpakket met behulp van een hoogwaardige Coulomb-explosie-beeldvormingsopstelling.

Direct Imaging van Laser-driven Ultrasnelle Moleculaire Rotation

Dit protocol beschrijft de instrumentatie voor de bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en Bloch-achtige oppervlakte plasmon polaritons die voortvloeien uit periodieke matrices.

Bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en oppervlakte Plasmon Polaritons

Hier presenteren we een protocol voor photoelectron imaging anionogene soorten. Anionen gegenereerd onder vacuüm en gescheiden door massaspectrometrie zijn gesondeerd met behulp van snelheid toegewezen photoelectron imaging, het verstrekken van gegevens anion, neutrale energieniveaus, anion en neutrale structuur en het karakter van de elektronische staat van anion.

Photoelectron beeldvorming van anionen geïllustreerd door 310 Nm detachement van F−

We beschrijven een optisch systeem voor het genereren van onvoorwaardelijke polarisatie-verstrikt fotonen op basis van meerdere kwantum interferentie-effecten met een detectie schema om de experimentele betrouwbaarheid van gegenereerde verstrikt fotonen te schatten.

Een fotonisch systeem voor het opwekken van onvoorwaardelijke polarisatie-verstrikt fotonen op basis van meervoudige kwantum interferentie

De Photonic bandstructuur maakt het mogelijk om te begrijpen hoe beperkt elektromagnetische modi zich verspreiden in een fotonisch kristal. In fotonische kristallen die magnetische elementen bevatten, gaan dergelijke beperkte en resonerende optische modi gepaard met een verbeterde en gewijzigde Magneto-optische activiteit. We beschrijven een meetprocedure om de Magneto-optische bandstructuur uit te pakken door Fourier-ruimte microscopie.

Spectrale en hoek-opgeloste Magneto-optische karakterisatie van fotonische nanostructuren

Hier gepresenteerd is een methode om de birefringence van vacuüm ramen te meten door het maximaliseren van de fluorescentie telt uitgezonden door Doppler gekoeld 25Mg+ ionen in een ionenval. De birefringence van vacuümvensters zal de polarisatietoestanden van de laser veranderen, die kunnen worden gecompenseerd door de azimuthalhoeken van externe golfplaten te veranderen.

In Situ Meting van Vacuüm Venster Birefringence met behulp van 25Mg+ Fluorescentie

Dit artikel beschrijft hoe polarisatiegevoelige twee-fotonmicroscopie kan worden toegepast om de lokale organisatie binnen labelvrije amyloïde superstructuren-sferulieten te karakteriseren. Het beschrijft ook hoe het monster moet worden voorbereid en gemeten, de vereiste opstelling moet worden samengesteld en de gegevens moeten worden geanalyseerd om informatie te verkrijgen over de lokale organisatie van amyloïde fibrillen.

Polarisatiegevoelige twee-fotonmicroscopie voor een labelvrije structurele karakterisering van amyloïden

Leer spin- en hoek-opgeloste foto-emissiespectroscopie met een polarisatie-variabele 7-eV laser voor nauwkeurige bepaling van elektronenspinstructuren in vaste stoffen. Deze methode verbetert traditionele technieken aanzienlijk.

Experimentele methoden voor Spin - en hoek-opgelost Photoemission spectroscopie gecombineerd met polarisatie-variabele Laser

Meer video's verkennen