Ângulo resolvido espectroscopia de fotoelétrons em ultra-baixas temperaturas

Resumo

O objetivo geral deste método é determinar a estrutura de baixo de energia eletrônica de sólidos em ultra-baixas temperaturas usando ângulo resolvido espectroscopia de fotoelétrons com radiação síncrotron.

Resumo

As propriedades físicas de um material são definidos pela sua estrutura electrónica. Electrões em sólidos são caracterizados por energia (ω) e momento (k) e a probabilidade de encontrar em um estado particular com ω dado e k é descrito pela função espectral A. (K, ω) Esta função pode ser medido diretamente em uma experiência baseada no efeito fotoelétrico bem conhecida, para a explicação de que Albert Einstein recebeu o Prêmio Nobel em 1921. No efeito fotoeléctrico a luz brilhou sobre uma superfície ejecta electrões do material. De acordo com Einstein, a conservação da energia permite determinar a energia de um electrão no interior da amostra, na condição de a energia do fotão de luz e energia cinética do fotoelectrão de saída são conhecidos. Conservação do momento torna também possível estimar k relacionando-a com o momentum do fotoelectrão por medição do ângulo em que o fotoelectrão deixaram a superfície. A versão moderna da técnica é chamada de espectroscopia de fotoelétrons ângulo resolvido (ARPES) e explora tanto as leis de conservação, a fim de determinar a estrutura eletrônica, ou seja, energia e momento dos elétrons dentro do sólido. A fim de resolver os detalhes cruciais para a compreensão dos problemas específicos da física da matéria condensada, três quantidades precisam ser minimizados: * incerteza na energia do fóton, a incerteza em energia cinética de fotoelétrons e temperatura da amostra.

Em nossa abordagem, combinar três conquistas recentes no campo da radiação síncrotron superfície ciência e criogenia. Usamos radiação síncrotron com energia de fotões sintonizável contribuindo com uma incerteza da ordem de 1 MeV, um analisador de energia de electrões, que detecta as energias cinéticas com uma precisão da ordem de 1 MeV e um criostato Ele ³ which permite-nos manter a temperatura da amostra de menos de 1 K. Discutem-se os resultados obtidos em exemplares únicos cristais de Sr ₂ RuO _4, e alguns outros materiais. A estrutura eletrônica deste material pode ser determinada com uma clareza sem precedentes.

Introdução

Hoje em dia ARPES é amplamente utilizada para determinar a estrutura electrónica de sólidos. Normalmente, diversas variações deste método são definidas pela fonte de radiação necessária para excitar os electrões. Usamos radiação síncrotron uma vez que oferece uma oportunidade única para ajustar a polarização e a energia dos fotões de excitação de uma vasta gama de energias, e é caracterizada pela alta intensidade, largura de banda reduzida (incerteza na energia hn) e pode ser focalizada para um feixe estreito de recolher fotoelectrões provenientes de um local de algumas dezenas de microns. Radiação síncrotron é gerada em anéis de armazenamento de electrões forçando e....

Protocolo

1. Montagem da Amostra

1. Este experimento utiliza radiação síncrotron produzida pelo anel de armazenamento BESSY de Helmholtz-Zentrum Berlim. Os fótons viajam uma linha de luz para a nossa estação final, onde uma amostra é montada.
2. Comece com um único cristal do material a ser investigado, aqui ruthenate estrôncio. Use à base de prata epóxi para colar a amostra para o suporte de amostras. O epóxi à base de prata garante o contato térmico e elétrico bom.
3. Cola de alumínio no topo do poste para a superfície do cristal único. O poste superior será utilizada para clivar a amostra em vácuo ultra-alto para expor uma superfície atomicamente limpo....

Resultados

As temperaturas ultra-baixas de nossa configuração, juntamente com a alta resolução da linha de luz e analisador permitem gravar espectros com muito alta resolução em geral. Isto é ilustrado na Figura 3. O teste usual da resolução de energia é a de medir a largura do bordo de Fermi de um metal. Neste caso, é uma película de fresco evaporado índio. A largura total a meia máxima (FWHM) do Gauss, que, quando enroladas, com o passo de função precisamente descreve a borda, é da ordem de 2 MeV. De maior impor.......

Discussão

Como é mostrado acima, o método de aplicação é muito eficiente para estudar a estrutura de baixa energia electrónica de monocristais. Recentes melhorias instrumentais viraram ARPES de uma caracterização simples e banda mapeamento de ferramenta em espectroscopia de muitos-corpo sofisticado. Uma experiência moderna oferece informações sobre a estrutura eletrônica de um sólido ou um nano-objeto com um novo nível de precisão. O acesso à superfície de Fermi, no caso de um metal, as lacunas de energia de semicondutores e isol.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente / Material	Companhia	Número de Catálogo	Comentários
Monocristais de ZrTe 3 e 2 Tise			cresceu pelo Dr. Helmut Berger, EPFL, de Lausanne
Monocristais de Sr 2 RuO 4			cultivada pelo grupo do Dr. Antonio Vecchione
			AMOSTRAS ZrTe 3, Tise 2, Sr 2 RuO 4