Name: Eksperymentalne metody spektroskopii fotoemisyjnej ze spinową i kątową rozdzielczością w połączeniu z laserem o zmiennej polaryzacji (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Poznaj spektroskopię fotoemisyjną SARPES ze zmienną polaryzacją lasera 7 eV do badania sprzężenia spin-orbitowego w ciałach stałych. Ta metoda umożliwia precyzyjne wyznaczenie struktur spinowych elektronów.

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

playerTrialDesktop

Dziękujemy M. Nakayama, S. Toyohisa, A. Fukushima i Y. Ishida za wsparcie dla eksperymentalnej konfiguracji. Z wdzięcznością dziękujemy za dofinansowanie z JSPS Grantin-Aid for Scientific Research (B) w ramach Projektu nr 26287061 oraz dla Młodych Naukowców (B) w ramach Projektu nr 15K17675. Prace te były również wspierane przez MEXT z Japonii (Obszar Innowacyjny "Topological Materials Science", grant nr 16H00979) oraz JSPS KAKENHI (grant nr 16H02209)

1. Przykładowy montaż i instalacja
<ol>
	<li>Wytnij próbki monokryształów Bi2Se313 w przybliżonym rozmiarze 1 × 1 × 0,5 mm3 i użyj żywicy epoksydowej na bazie srebra, aby przykleić próbkę do uchwytu próbki.</li>
	<li>Wklej taśmę klejącą na powierzchnię próbki. 
	UWAGA: Taśma klejąca służy do rozszczepiania próbki w komorze ultrawysokiej próżni (UHV) w celu uzyskania atomowo czystej powierzchni.</li>
	<li>Zainstaluj próbkę w magazynie próbek w zamku obciążenia i uruchom pompę, aż ciśnienie blokady obciążenia spadnie poniżej 1×10-5 Pa.</li>
</ol>
2. Cięcie próbki
<ol>
	<li>Otwórz zawór UHV między blokadą obciążenia a komorą przygotowawczą UHV.</li>
	<li>Przenieść magazyn próbek ze skały właściwej do komory przygotowawczej za pomocą przepustu liniowego/obrotowego, który jest przymocowany do komory blokady ładunku.</li>
	<li>Pobrać próbkę z magazynu próbek za pomocą pręta transferowego przymocowanego do komory przygotowawczej.</li>
	<li>Włóż magazynek próbek z powrotem do zamka obciążenia i zamknij zawór UHV.</li>
	<li>Poczekaj, aż ciśnienie w komorze przygotowawczej spadnie poniżej 5×10-7 Pa.</li>
	<li>Odkleić taśmę klejącą za pomocą chybotliwego patyczka w komorze przygotowawczej i rozciąć próbkę w warunkach UHV.</li>
</ol>
3. Przeniesienie próbki do pozycji pomiarowej
<ol>
	<li>Przenieś próbkę do komory pomiarowej UHV i przymocuj próbkę do głównego stolika gonio za pomocą śrubokręta wyposażonego w komorę pomiarową.</li>
	<li>Przesuń stolik gonio do pozycji pomiarowej i użyj stolika mikrometrycznego, aby precyzyjnie przesunąć pozycję próbki na ognisko spektrometru.</li>
</ol>
4. Konfiguracja lasera 7eV
<ol>
	<li>Włącz laser Nd:YVO4. 
	UWAGA: Laser generuje światło laserowe o długości fali 355 nm z wysoką częstotliwością powtarzania 120 MHz.</li>
	<li>Otwórz migawkę wiązki laserowej i upewnij się, że laser przechodzi przez kryształ KBBF i generowana jest fala drugiej harmonicznej o długości fali 177 nm (6,994 eV).</li>
	<li>Zoptymalizuj moc lasera 7eV, zmieniając moc lasera 355 nm ze zmiennym tłumikiem.</li>
</ol>
5. Akwizycja danych ARPES
<ol>
	<li>Otwórz oprogramowanie sterujące analizatorem na komputerze stacjonarnym. 
	UWAGA: Używamy "oprogramowania SES", które jest ogólnym programem do sterowania analizatorem ScientaOmicron z deflektorem elektronów.</li>
	<li>Wybierz Ustawienia... poniżej Sekwencja na pasku menu (Rysunek 2, krok i.2-1).</li>
	<li>Wybierz konfigurację ARPES (Rysunek 3, krok i.3-1) i ARPES Mapping z listy (Rysunek 3, krok i.3-2), aby wykonać mapowanie powierzchni Fermiego za pomocą deflektora fotoelektronów.</li>
	<li>Kliknij Edytuj (<silna klasa="xfig">Rysunek 3, krok i.3-3) i skonfiguruj mapowanie powierzchni Fermiego w zakresie od -12° do 12° kąta emisji θy z rozmiarem kroku 0,5° (<silna klasa="xfig">Rysunek 3, krok i.3-4). 
	UWAGA: Analizator półkulisty z deflektorem elektronów umożliwia nam mapowanie powierzchni Fermiego bez rotacji próbki.</li>
	<li>Kliknij Uruchom (Rysunek 2, krok i.2-3).</li>
</ol>
6. Akwizycja danych SARPES
<ol>
	<li>Ręcznie zmień konfigurację maszyny do pomiaru SARPES, w tym szczelinę wejściową analizatora i rozmiar apertury (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1).</li>
	<li>Wybierz Setup... poniżej Sequence na pasku menu (Rysunek 2, krok i.2-2).</li>
	<li>Wybierz z listy konfigurację wirowania (Rysunek 4, krok i.4-1) i Normalny (<silna klasa="xfig">Rysunek 4, krok i.4-2), a następnie kliknij OK (<silna klasa="xfig">Rysunek 4, krok i.4-3).</li>
	<li>Wybierz DA30 (<silna klasa="xfig">Rysunek 5, krok i.5-1) na pasku menu i Kontroluj Theta... (<silna klasa="xfig">Rysunek 5, krok i.5-2), aby otworzyć panel ustawień dla konfiguracji kąta DA30 (θx, θy).</li>
	<li>Wybierz kąt emisji (θx, θy) = (-6°, 0°), aby uzyskać widma SARPES (<silna klasa="xfig">Rysunek 5, krok i.5-3).</li>
	<li>Zastosuj pole magnetyczne, sterując bipolarnym zespołem kondensatorów, aby namagnesować cel VLEED w kierunku dodatnim wzdłuż określonej osi (α: x, y lub z). 
	UWAGA: W naszym systemie proces ten można wykonać za pomocą wiersza poleceń [Rysunek 6 (a)].</li>
	<li>Kliknij Uruchom, aby pobrać spektrum intensywności (<silna klasa="xfig">Rysunek 2, krok i.2-3).</li>
	<li>Zastosuj pole magnetyczne, aby namagnesować cel VLEED w kierunku ujemnym wzdłuż α i rozpocznij skanowanie, aby uzyskać widmo intensywności.</li>
	<li>Oblicz polaryzację spinu i widma o rozdzielczości spinu.</li>
</ol>
7. Skanowanie zależności polaryzacji światła
<ol>
	<li>Zmień kąt płytki λ/2-waveplate precyzyjnie sterowany przez silnik krokowy, aby dostroić polaryzację światła lasera 7 eV. 
	UWAGA: W naszym systemie proces ten można wykonać za pomocą wiersza poleceń [Rysunek 6 (b)].</li>
	<li>Weźmy widma o rozdzielczości spinowej dla osi x, y i z.</li>
	<li>Skanuj widma o rozdzielczości spinowej w funkcji polaryzacji światła, zmieniając kąt połowy płytki falowej od 0 ° do 102 ° z krokiem o 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>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Techniki ARPES i SARPES są powszechnie stosowane do badania elektronicznych struktur pasmowych poprzez mapowanie pasm i detekcję spinu 1,2. Oprócz tych ogólnych zalet pokazanych powyżej, laserowe SARPES oparte na regule selekcji orbitalnej w optycznym wzbudzeniu dipolowym mogą być stosowane jako nowatorska technika wizualizacji efektu sprzężenia spinowo-orbitalnego w funkcji falowej i kwantowej interferencji spinowej. Jak pokazano na rysunkac...

Technika spektroskopii fotoemisyjnej (ARPES) stała się jednym z najpotężniejszych narzędzi do badania struktur pasmowych kwazicząstek w stanach stałych1. Najbardziej atrakcyjną cechą ARPES jest możliwość mapowania pasm w celu scharakteryzowania stanów elektronowych w przestrzeni energii i pędu. Spin-resolution ARPES (SARPES), który jest tutaj wyposażony w detektory spinowe, np. Mott detector2,3, dodatkowo umożliwia nam rozpoznanie charakteru spinu obserwowanych struktur pasmowych4. Ponieważ detektor Mott może mierzyć spin za pomocą dwóch osi (x i z lub y i z), połączenie dwóch detektorów Motta pozwala dodatkowo uzyskać orientację spinu w trzech wymiarach4,5. Przez kilka dziesięcioleci eksperymenty SARPES były jednak narażone na niską wydajność (zwykle 1/10000 w porównaniu do pomiaru ARPES zintegrowanego ze spinem)3,4,5,6,7, co ograniczyło energię i rozdzielczości kątowe. Ostatnio rozdzielczość energetyczna SARPES została zwiększona dzięki wysokowydajnemu detektorowi spinowemu opartemu na rozpraszaniu wymiennym, tak zwanemu detektorowi dyfrakcji elektronów o bardzo niskiej energii (VLEED)7,8,9,10. Dzięki temu detektorowi jakość danych uległa znacznej poprawie, a czas akwizycji danych uległ skróceniu. Ostatnio w ramach projektu SARPES udało się rozwiązać problem stanów elektronowych spolaryzowanych spinowo, a w szczególności efektu sprzężenia spinowo-orbitalnego, w wyniku którego powstaje tekstura spinowa pasm powierzchniowych7.
Tutaj stosujemy pomiary SARPES za pomocą próżniowego światła ultrafioletowego o zmiennej polaryzacji (laser-SARPES) i pokazujemy wielkie zalety tej połączonej techniki. Poprzez badania nad stanami powierzchni sprzężonymi spinowo-orbitalnymi w Bi2Se3 prezentujemy dwie możliwości lasera-SARPES. Po pierwsze, ze względu na regułę wyboru orbitalnego laserów spolaryzowanych liniowo w reżimie przejścia dipolowego, światła spolaryzowane p i s selektywnie wzbudzają część funkcji falowych o różnej symetrii orbitalnej. Takie orbitalne selektywne wzbudzenie jest zatem dostępne w SARPES, a mianowicie orbitalno-selektywne SARPES. Po drugie, trójwymiarowa (3D) detekcja spinu w SARPES pokazuje kierunek osi kwantowej spinu i bezpośrednio wyświetla pełną informację o zależności polaryzacji światła. W niniejszym protokole pokrótce opisujemy metodologię wykonywania tej najnowocześniejszej techniki laserowej SARPES w celu zbadania silnych efektów sprzężenia spin-orbita.
Nasz laserowy system SARPES znajduje się w Instytucie Fizyki Ciała Stałego, Uniwersytecie Tokijskim11. Schematyczny rysunek naszej maszyny laserowej SAPRES jest pokazany w <silna klasa="xfig">Rysunek 1. Światło lasera 7-eV o zmiennej polaryzacji12 oświetla powierzchnię próbki, a z próbki emitowane są fotoelektrony. Polaryzacja lasera jest automatycznie kontrolowana przez płytki falowe λ/2 i λ/4 na bazie MgF2 w celu selektywnego stosowania polaryzacji liniowej i kołowej. Półkulisty analizator elektronów koryguje fotoelektrony i analizuje ich energię kinetyczną (Ekin) oraz kąt emisji (θx i θy). Intensywności fotoelektronów są odwzorowywane na ekranie Ekin-θ x monitorowanym przez kamerę CCD. Obraz ten jest bezpośrednio przekształcany w strukturę pasma energetycznego w przestrzeni odwrotnej.
Dla pomiarów SARPES, fotoelektrony o określonym kącie emisji i energii kinetycznej analizowane przez analizator elektronów są kierowane do dwóch detektorów spinowych typu VLEED z 90-stopniowym deflektorem fotoelektronów, a wiązki fotoelektronów są skupiane na dwóch różnych celach warstw Fe(001)-p(1×1) zakończonych tlenem. Fotoelektrony odbite od celów są wykrywane w detekcji jednokanałowej za pomocą channeltronu umieszczonego w każdym detektorze spinowym. Tarcze VLEED mogą być namagnesowane za pomocą cewek elektrycznych typu Helmholtza, które są ułożone z geometrią prostopadłą względem siebie. Kierunek namagnesowania jest kontrolowany przez bipolarny bank kondensatorów. Podwójne detektory spinowe VLEED umożliwiają nam zatem analizę wektora polaryzacji spinu fotoelektronu w trzech wymiarach.

<table><tbody><tr><td>Analizator półkulisty DA30-L</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>Epoksydowa</td><td>technologia epoksydowa</td> na bazie srebra <td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Taśma Sctoch</td><td>Zawór 3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td>UHV</td><td>VAT</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>przepust liniowy/obrotowy</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>pręt transferowy</td><td>Konstrukcja UHV</td><td></td> Chybotliwy drążek serii <td></td>PP</tr><tr><td></td><td>Ferrovac</td><td>WM40</td><td></td></tr><tr><td>Paladin compact 355</td><td>Spójna</td><td></td><td></td></tr><tr><td>półfalowa płyta</td><td>Kogakugiken</td><td></td><td>na zamówienie</td></tr><tr><td>Bipolarny bank skraplacza</td><td>Tsuji electronics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

eksperymentalne metody spektroskopii fotoemisyjnej ze spinową i kątową rozdzielczością w połączeniu z laserem o zmiennej polaryzacji

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

Celem tego protokołu jest przedstawienie, jak przeprowadzić spektroskopię fotoemisyjną o rozdzielczości spinowej i kątowej w połączeniu z laserem 7-eV o zmiennej polaryzacji (laser-SARPES), oraz zademonstrowanie mocy tej techniki do badania fizyki ciała stałego. Laser-SARPES osiąga dwie wielkie możliwości. Po pierwsze, badając regułę selekcji orbitalnej laserów spolaryzowanych liniowo, w eksperymencie SAPRES można przeprowadzić selektywne wzbudzenie orbitalne. Po drugie, technika ta może pokazać pełną informację o zmienności spinowej osi kwantowej w funkcji polaryzacji światła. Aby zademonstrować siłę współpracy tych możliwości w laser-SARPES, zastosujemy tę technikę do badania stanów powierzchni sprzężonych spinowo-orbitalnie Bi2Se3. Technika ta pozwala na dekompozycję składowych spinu i orbity z funkcji falowych sprzężonych spinowo-orbitalnie. Ponadto, jako reprezentatywną zaletę zastosowania bezpośredniej detekcji spinu we współpracy z laserem o zmiennej polaryzacji, technika ta jednoznacznie wizualizuje zależność osi kwantowej spinu od polaryzacji światła w trójwymiarze. Laser-SARPES znacznie zwiększa możliwości techniki fotoemisji.

Przed rozpoczęciem eksperymentów SARPES, pozycje k muszą zostać dokładnie określone w celu wykonania widma z rozdzielczością spinową, wykorzystując wyniki ARPES zintegrowane po spinie o wysokiej statystyce oraz wysokiej rozdzielczości energetycznej i kątowej (protokół 5.1-5.5). Zostało to przedstawione na Rycynie 7, gdzie zaprezentowano wyniki ARPES dla monokryształu Bi2Se3 . Materiał ten jest znany jako prototypowy izolator top...

Tutaj łączymy laser 7-eV o zmiennej polaryzacji z techniką fotoemisji o rozdzielczości spinowej i kątowej, aby zobrazować efekt sprzężenia spinowo-orbitalnego w stanach stałych.

Eksperymentalne metody spektroskopii fotoemisyjnej ze spinową i kątową rozdzielczością w połączeniu z laserem o zmiennej polaryzacji

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

Spinningowa i kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoemisyjna, tak zwana SARPES, jest potężną techniką badania struktur elektronów w stanie stałym, w tym informacji o ich spinie. W naszej metodzie połączyliśmy tę technikę z laserem 7-eV o zmiennej polaryzacji, który umożliwił nam bardzo precyzyjne określenie struktur spinowych elektronów. SARPES wykonywano zazwyczaj przy użyciu promieniowania synchrotronowego lub lampy wyładowczej gazów szlachetnych.W porównaniu z tą metodą, zastosowanie lasera 7-eV o zmiennej polaryzacji jest dużym ulepszeniem. Polaryzacja za pomocą wiązki laserowej może być łatwo kontrolowana za pomocą płytki falowej. Korzystając z tej właściwości, możemy całkowicie prześledzić zachowanie spinu elektronu, który jest wrażliwy na polaryzację światła.Reakcja spinowa fotoelektronów zależy od polaryzacji światła. A to pokazuje wiele fizycznych znaczeń, takich jak sprzężenie spin-orbita i interferencja spinowa. Z tego powodu nasza technika może być stopniowo wykorzystywana do badania fizyki materii skondensowanej.Na początek wytnij próbki monokryształów selenku bizmutu i użyj żywicy epoksydowej na bazie srebra, aby przykleić je do uchwytu na próbkę. Po utwardzeniu żywicy

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ogólnym celem tej metody jest określenie niskoenergetycznej struktury elektronowej ciał stałych w ultra niskich temperaturach za pomocą kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoemisyjnej z promieniowaniem synchrotronowym.

Kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoemisyjna w bardzo niskich temperaturach

Poczyniono postępy w wykorzystaniu rozpraszania częstości występowania echa spinowego (SERGIS) jako techniki rozpraszania neutronów do badania skal długości w próbkach o nieregularnym charakterze. Krystality estru metylowego kwasu [6,6]-fenylo-C61-masłowego przebadano techniką SERGIS, a wyniki potwierdzono mikroskopią sił optycznych i atomowych.

Wykorzystanie neutronowego echa spinowego do rozwiązania problemu rozpraszania padania w celu zbadania organicznych materiałów ogniw słonecznych

Artykuł opisuje metodę wytwarzania ekstremalnych nanodrutów poprzez infiltrację stopionych nanorurek węglowych oraz jak systemy 1D mogą być charakteryzowane i badane za pomocą rezonansowej spektroskopii Ramana w celu określenia energii wzbudzenia drgań i optyki.

Rezonansowa spektroskopia Ramana ekstremalnych nanodrutów i innych systemów 1D

Przedstawiono protokół do wykrywania i automatyzacji blokowania trybu w wstępnie dostosowanym laserze światłowodowym o rotacji polaryzacji nieliniowej. Wykrycie nagłej zmiany stanu polaryzacji wyjścia w przypadku wystąpienia blokady trybu służy do nakazania wyrównania regulatora polaryzacji wewnątrz wnęki w celu znalezienia warunków blokowania trybu.

Automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej

Manuskrypt opisuje metodę quasi-rezonansowej spektroskopii fluorescencyjnej wspomaganej fononem, która obejmuje zarówno spektroskopię o ograniczonej rozdzielczości laserowej, jak i spektroskopię fotoluminescencji (PL). Metoda ta wykorzystuje fonony optyczne do zapewnienia widm o ograniczonej szerokości linii struktur półprzewodnikowych podobnych do atomów w domenie energetycznej. Metodę tę można również łatwo zrealizować za pomocą pojedynczej konfiguracji spektrometru spektroskopii optycznej.

Spektroskopia fluorescencyjna quasi-rezonansowa wspomagana fononami o wysokiej rozdzielczości

Prezentujemy protokół tworzenia w czasie rzeczywistym filmu pakietu molekularnej fali rotacyjnej przy użyciu wysokorozdzielczego zestawu do obrazowania eksplozji kulombowskiej.

Bezpośrednie obrazowanie ultraszybkiej rotacji molekularnej sterowanej laserem

Ten protokół opisuje oprzyrządowanie do określania szybkości wzbudzenia i sprzężenia między emiterami światła a polarytonami plazmonów powierzchniowych podobnych do Blocha, powstających z układów okresowych.

Wyznaczanie współczynników wzbudzenia i sprzężenia między emiterami światła a polarytonami plazmonów powierzchniowych

Tutaj prezentujemy protokół obrazowania fotoelektronów gatunków anionowych. Aniony generowane w próżni i rozdzielane za pomocą spektrometrii mas są badane za pomocą obrazowania fotoelektronów z mapowaniem prędkości, dostarczając szczegółowych informacji na temat poziomów energii anionów i neutralnych, struktury anionów i neutralnych oraz natury stanu elektronowego anionów.

Fotoelektronowe obrazowanie anionów zilustrowane oderwaniem f− o długości fali 310 nm

Opisujemy system optyczny do generowania bezwarunkowych fotonów splątanych polaryzacją na podstawie wielokrotnych efektów interferencji kwantowej za pomocą schematu detekcji w celu oszacowania eksperymentalnej wierności generowanych splątanych fotonów.

System fotoniczny do generowania bezwarunkowych fotonów splątanych polaryzacją w oparciu o wielokrotne interferencje kwantowe

Struktura pasma fotonicznego umożliwia zrozumienie, w jaki sposób ograniczone mody elektromagnetyczne rozchodzą się w krysztale fotonicznym. W kryształach fotonicznych, które zawierają elementy magnetyczne, takim ograniczonym i rezonansowym modom optycznym towarzyszy zwiększona i zmodyfikowana aktywność magnetooptyczna. Opisujemy procedurę pomiarową mającą na celu wyodrębnienie magnetooptycznej struktury pasmowej za pomocą mikroskopii przestrzeni Fouriera.

Spektralna i kątowo-optyczna charakterystyka nanostruktur fotonicznych

Ten artykuł opisuje, jak można zastosować mikroskopię dwufotonową wrażliwą na polaryzację, aby scharakteryzować lokalną organizację w obrębie bezznacznikowych nadbudówek amyloidowych-sferulitów. Opisano w nim również, jak przygotować i zmierzyć próbkę, skompletować wymaganą konfigurację i przeanalizować dane w celu uzyskania informacji o lokalnej organizacji włókienek amyloidowych.

Czuła na polaryzację mikroskopia dwufotonowa do bezznacznikowej charakterystyki strukturalnej amyloidu

Poznaj spektroskopię fotoemisyjną SARPES ze zmienną polaryzacją lasera 7 eV do badania sprzężenia spin-orbitowego w ciałach stałych. Ta metoda umożliwia precyzyjne wyznaczenie struktur spinowych elektronów.

Eksperymentalne metody spektroskopii fotoemisyjnej ze spinową i kątową rozdzielczością w połączeniu z laserem o zmiennej polaryzacji (Wideo) | JoVE Journal

Eksperymentalne metody spektroskopii fotoemisyjnej ze spinową i kątową rozdzielczością w połączeniu z laserem o zmiennej polaryzacji

Przeglądaj więcej filmów