Name: Métodos experimentais para a rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de Fotoemissão combinada com Laser de polarização-variável (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Aprenda espectroscopia de fotoemissão com resolução de spin e ângulo usando laser de 7 eV com polarização variável. Este método avançado permite determinar estruturas de spin eletrônico com alta precisão em física de estado sólido.

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Agradecemos a Nakayama M., S. Toyohisa, r. Fukushima e Y. Ishida para oferece suporte para a instalação experimental. Reconhecemos, com gratidão, financiamento de JSPS Grantin-auxílio para pesquisa científica (B) através do projeto n. º 26287061 e para jovens cientistas (B) através do projeto n. º 15K 17675. Este trabalho também foi apoiado pelo MEXT do Japão (área inovadora "topológico ciência dos materiais," conceder n ° 16 H 00979) e JSPS KAKENHI (Grant no. 16 H 02209)

1. montagem e instalação da amostra
<ol><li>Cortar as amostras do único-cristal de Bi2Se313 em um tamanho aproximado de 1 × 1 × 0.5 mm3 e uso Fractius com base em epóxi para colar a amostra para o titular da amostra.</li>
	<li>Cole a fita adesiva sobre a superfície da amostra. Nota: A fita adesiva é usada para decompor a amostra na câmara de (UHV) vácuo ultra alta para obter uma superfície limpa atomicamente.</li>
	<li>Instalar a amostra para a amostra revista na caixa de carga e ligue a bomba até que a pressão de fechamento da carga é inferior a 1 × 10-5 PA.</li>
</ol>2. amostra clivagem
<ol><li>Abra a válvula UHV entre o bloqueio de carga e a câmara de preparação de UHV.</li>
	<li>Mova a revista amostra da rocha carga para a câmara de preparação usando a passagem direta linear/rotativo que está ligada à câmara de bloqueio de carga.</li>
	<li>Pega a amostra da amostra revista pela haste de transferência anexada à câmara de preparação.</li>
	<li>Volte a colocar a amostra de revista para o bloqueio de carga e feche a válvula UHV.</li>
	<li>Espere até que a pressão da câmara de preparação é inferior a 5 × 10-7 PA.</li>
	<li>Descasque a fita adesiva usando vara de oscilação na câmara de preparação e cleave a amostra sob a condição UHV.</li>
</ol>3. amostra transferência para a posição de medição
<ol><li>Transferir a amostra para a câmara de medição UHV e corrigir a amostra para o gonio-palco principal pela chave de fenda equipado com câmara de medição.</li>
	<li>Mova o gonio-palco para a posição de medição e usar o palco do micrômetro para mover precisamente a posição de amostra para o foco do espectrómetro.</li>
</ol>4. 7eV-laser Setup
<ol><li>Ligue o laser YVO4. Nota: O laser gera 355 nm laser luz com uma taxa de repetência alta de 120 MHz.</li>
	<li>Abra o obturador do feixe de laser e certifique-se que o laser passa através do cristal KBBF e uma onda de segunda harmônica de 177 nm (6,994 eV) é gerado.</li>
	<li>Otimize a potência do laser-7eV alterando o poder do laser com o atenuador variável 355 nm.</li>
</ol>5. ARPES aquisição de dados
<ol><li>Abra o software de controle do analisador no computador desktop. Nota: Nós usamos o "software SES", que é um programa geral para o analisador de ScientaOmicron controlando com um defletor de elétron.</li>
	<li>Selecione Setup... abaixo sequência no menu bar (Figura 2, etapa i. 2-1).</li>
	<li>Escolha configuração ARPES (Figura 3, etapa i. 3-1) e Mapeamento de ARPES na lista (Figura 3, etapa i. 3-2) para realizar o mapeamento de superfície de Fermi com o defletor de fotoelétron.</li>
	<li>Clique em Editar (Figura 3, etapa i. 3-3) e configurar o mapeamento de superfície de Fermi variando de-12 ° a 12 ° de ângulo de emissão θy com tamanho de passo de 0,5 ° (Figura 3, etapa i. 3-4). Nota: O analisador hemisférica com um defletor de elétrons nos permite mapear a superfície de Fermi sem as rotações de amostra.</li>
	<li>Clique em executar (Figura 2, etapa i. 2-3).</li>
</ol>6. SARPES aquisição de dados
<ol><li>Altere manualmente a configuração de máquina para medição de SARPES incluindo a fenda de entrada do analisador e o tamanho de abertura (Figura 1).</li>
	<li>Selecione Setup... abaixo sequência no menu bar (Figura 2, etapa i. 2-2).</li>
	<li>Escolha girar configuração (Figura 4, etapa i. 4-1) e Normal na lista (Figura 4, etapa i. 4-2) e clique em Okey (Figura 4, etapa i. 4-3).</li>
	<li>Selecione DA30 (Figura 5, etapa i. 5-1) na barra de menu e Controle Theta... (Figura 5, etapa i. 5-2) para abrir o painel de configuração para a configuração de ângulo (θx, θy) DA30.</li>
	<li>Escolher o ângulo de emissão (θx, θy) = (-6 °, 0 °) para levar os espectros SARPES (Figura 5, etapa i. 5-3).</li>
	<li>Aplicar o campo magnético, controlando o banco de condensador bipolar para magnetizar o alvo VLEED no sentido positivo ao longo do eixo específico (α: x, you z). Nota: Em nosso sistema, este processo pode ser feito através do prompt de comando [Figura 6 (a)].</li>
	<li>Clique em executar para levar o espectro de intensidade (Figura 2, etapa i. 2-3).</li>
	<li>Aplicar-se o campo magnético para magnetizar o alvo VLEED no sentido negativo junto α e começar a varredura para levar o espectro de intensidade.</li>
	<li>Calcule a rotação-polarização e espectros de rotação-resolvido.</li>
</ol>7. verificação da dependência de polarização de luz
<ol><li>Mude o ângulo de λ/2-waveplate, precisamente controlado pelo motor de passo a passo para ajustar a polarização de luz do laser eV-7. Nota: Em nosso sistema, este processo pode ser feito através do prompt de comando [Figura 6 (b)].</li>
	<li>Leve os espectros de rotação-resolvido para os eixos x, y e z .</li>
	<li>Digitalizar os espectros resolvido por rotação em função da polarização luz com variação do ângulo de waveplate meio de 0° a 102° com tamanho de passo de 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>

Os autores declaram que eles têm não tem interesses financeiro concorrente.

Técnicas de ARPES e SARPES têm sido comumente utilizadas para estudar estruturas banda eletrônica através do mapeamento de banda e rotação-deteção1,2. Além dessas vantagens gerais mostradas acima, com base na regra de seleção orbital na excitação de dipolo óptica laser-SARPES podem ser empregadas como uma técnica nova para poder visualizar o efeito do acoplamento spin-orbital na interferência de rotação a função de onda e quântica . Conforme demonstrado na <stron...

Técnica de espectroscopia (ARPES) Fotoemissão ângulo-resolvido se tornou uma da mais poderosa ferramenta para investigar as estruturas de banda Quasipartícula em Estados sólidos1. A maioria de característica marcante da ARPES é a capacidade para mapeamento de banda caracterizar Estados eletrônicos no espaço energia e momentum. Resolvido por rotação ARPES (SARPES), que aqui é equipado com detectores de rotação, por exemplo. Mott detector2,3, ainda mais nos permite resolver o personagem de rotação da banda observadas estruturas4. Desde que o detector de Mott pode medir o spin com dois eixos (x e z, ou y e z), a combinação dos dois detectores Mott ainda permite obter a orientação de rotação em três dimensões4,5 . Há várias décadas, no entanto, as experiências SARPES foram sofria de sua baixa eficiência (tipicamente 1/10000 comparado para medição de ARPES rotação integrada)3,4,5,6 ,7, que limitou a energia e a resolução angular. Recentemente, a resolução de energia de SARPES foi aumentada com um detector de rotação de alta eficiência com base na dispersão de troca, o so-called muito-baixa energia elétron-difração (VLEED) detector7,8,9 ,10. Com este detector, foi significativamente melhorada a qualidade de dados e o tempo de aquisição de dados foi reduzido. Recentemente, a SARPES conseguiu grandemente para resolver Estados eletrônicos spin-polarizada e particularmente órbita acoplamento efeito resulta na textura da superfície bandas7rotação.
Aqui, nós empregamos SARPES medições com uma ultravioleta de vácuo de polarização variável (laser-SARPES) a luz do laser e demonstrar as grandes vantagens desta técnica combinada. Através da investigação sobre os Estados de superfície órbita acoplado em Bi2Se3, apresentamos dois recursos do laser-SARPES. Em primeiro lugar, devido a regra de seleção orbital de lasers polarizadas linearmente em regime de transição do dipolo, p- e s-luzes polarizadas excitam seletivamente uma parte de eigen-comprimentos com simetria orbital diferente. Tal uma excitação seletiva orbital é, assim, disponível em SARPES, ou seja, SARPES orbital-seletivo. Em segundo lugar, tridimensional (3D) rotação-deteção em SARPES mostra a direção do eixo de rotação quântica e diretamente exibe informações completas da dependência luz-polarização. Neste protocolo, descrevemos brevemente uma metodologia para realizar esta técnica de estado-da-arte do laser-SARPES para estudar os efeitos de acoplamento spin-órbita forte.
Nosso sistema de laser-SARPES situa-se o Instituto de física do estado sólido, a Universidade de Tóquio,11. O desenho esquemático de nossa máquina de laser-SAPRES é mostrado na Figura 1. A luz do laser de 7-eV de polarização variável12 ilumina a superfície da amostra e os photoelectrons são emitidos a partir da amostra. A polarização do laser é controlada automaticamente por MgF2- baseado de λ/2 - e λ/4-waveplates usar seletivamente polarizações lineares e circulares. Um analisador de elétrons hemisférica corrige os photoelectrons e analisa a sua energia cinética (Eparentes) e o ângulo de emissão (θx e θy). As intensidades de fotoelétron são mapeadas no Eparentes-θx tela monitorizada por uma câmera CCD. Esta imagem é diretamente transformada na estrutura de banda de energia no espaço recíproco.
Para medição de SARPES, os photoelectrons com um ângulo de emissão específicos e analisados pelo analisador do elétron de energia cinética são guiados para dois detectores de rotação VLEED-tipo com um defletor de fotoelétron de 90 graus e os feixes de fotoelétron concentram-se em dois diferentes alvos de Fe(001) -p(1 × 1) filmes denunciados por oxigênio. Os photoelectrons refletidas pelos alvos são detectados na deteção de canal único usando um channeltron colocado em cada detector de rotação. As metas VLEED podem ser magnetizadas com bobinas de Helmholtz-tipo elétricas que estão dispostas com geometria ortogonal em relação uns aos outros. A direção de magnetização é controlada pelo banco condensador bipolar. Os detectores de duplas rotação VLEED, assim, nos permitem analisar o vetor de rotação-polarização do fotoelétron em três dimensões.

<table><tbody><tr><td>Analisador hemisférico DA30-L</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>Tecnologia epóxi à base de prata</td><td></td><td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Fita Sctoch</td><td>Válvula UHV 3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td></td><td>IVA</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>passagem linear/rotativa</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>haste de transferência</td><td>UHV design</td><td>PP série</td><td></td></tr><tr><td>oscilação vara</td><td>Ferrovac</td><td>WM40</td><td></td></tr><tr><td>Paladino compacto 355</td><td>Coerente</td><td></td><td></td></tr><tr><td>meia placa de onda</td><td>Kogakugiken</td><td></td><td>ordem feita</td></tr> Banco <tr><td>de condensador bipolar</td><td>Tsuji eletrônica</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

métodos experimentais para a rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de fotoemissão combinada com laser de polarização-variável

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

O objetivo do presente protocolo é apresentar como realizar rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de Fotoemissão combinada com polarização variável 7-eV laser (laser-SARPES), e demonstrar um poder dessa técnica para estudar a física do estado sólido. Laser-SARPES atinge dois grandes capacidades. Em primeiro lugar, examinando a regra de seleção orbital de lasers polarizadas linearmente, excitação seletiva orbital pode ser realizada no experimento SAPRES. Em segundo lugar, a técnica pode mostrar informações completas de uma variação do eixo de rotação quântica em função da polarização da luz. Para demonstrar o poder da colaboração destas capacidades em laser-SARPES, podemos aplicar esta técnica para as investigações de Estados de superfície órbita juntamente de Bi2Se3. Esta técnica permite decompor componentes de rotação e orbital de comprimentos a órbita acoplado. Além disso, como uma representante vantagem de usar a deteção de rotação direta colaborou com o laser de polarização variável, a técnica inequivocamente visualiza a dependência de polarização de luz do eixo de rotação quântica em três dimensões. Laser-SARPES aumenta drasticamente a capacidade da técnica de Fotoemissão.

Antes de iniciar as experiências SARPES, k posições precisam ser determinado com precisão para a tomada de espectro de rotação-resolvido usando resultados ARPES estatística alta rotação integrada com alta energia e angular-resolução (protocolo 5.1-5.5). Isso é demonstrado na Figura 7 , onde são apresentados os resultados ARPES para um Bi2cristal único de Se3 . Este material é conhecido como um isolador topológico prototípico com...

Aqui, nós combinamos polarização variável 7-eV do laser com rotação e ângulo-resolvido por técnica de Fotoemissão para visualizar o efeito do acoplamento spin-orbital em Estados sólidos.

Métodos experimentais para a rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de Fotoemissão combinada com Laser de polarização-variável

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

A espectroscopia de fotoemissão de spin e resolução angular, a chamada SARPES, é uma técnica poderosa para investigar estruturas eletrônicas de estado sólido, incluindo suas informações de spin. Em nosso método, combinamos essa técnica com o laser de 7-eV variável de polarização, que nos permitiu determinar as estruturas de spin dos elétrons, com muita precisão. O SARPES foi geralmente realizado com radiação síncrotron ou lâmpada de descarga de gás nobre.Comparado a este método, o uso de um laser de 7-eV com variável de polarização é uma grande melhoria. A polarização com o feixe de laser pode ser facilmente controlada usando a placa de onda. Usando essa propriedade, podemos rastrear completamente o comportamento do spin do elétron, que é sensível à polarização da luz.A reação de spin do fotoelétron depende da polarização da luz. E isso mostra muitos significados físicos, como acoplamento spin-órbita e interferência spin. Por esse motivo, nossa técnica pode ser usada gradualmente para estudar a física da matéria condensada.Para começar, corte amostras de cristal único de seleneto de bismuto e use um epóxi à base de prata para colá-las em um suporte de amostra. Depois que o epóxi estiver curado, coloque um pedaço de fita adesiva na superfície das amostras. Em seguida, transfira o magazine de amostras para a trava de carga de vácuo ultra-alto e ligue a bomba até que a pressão da trava de carga seja inferior a um vezes dez elevado a cinco pascal negativos.Em seguida, abra a válvula de vácuo ultra-alto entre a trava de carga e a câmara de preparação e mova o magazine de amostras da trava de carga para a câmara de preparação, usando o mecanismo de passagem conectado à câmara de trava de carga. Agora, use uma haste de transferência para pegar a amostra do magazine de samples e, em seguida, coloque o magazine de samples de volta na trava de carga e feche a válvula de vácuo ultra-alto. Esperar até que a pressão da câmara de preparação seja inferior a cinco vezes dez elevado a menos sete pascal e, em seguida, retirar a fita adesiva da superfície do seleneto de bismuto com o bastão oscilante na câmara de preparação.Isso clivará a amostra, produzindo uma superfície atomicamente limpa. Transfira a amostra para a câmara de medição UHV. Lá, use uma chave de fenda para fixar a amostra no estágio gonio principal.Em seguida, mova o estágio para a posição de medição e use um estágio micrométrico para posicionar com precisão a amostra no foco do espectrômetro. Em seguida, ligue o laser ortovanadato de ítrio dopado com neodímio e deixe-o aquecer por dez a 15 minutos. Abra o obturador do feixe de laser e certifique-se de que o laser passe por um cristal de fluoroborato de potássio e berílio para gerar uma segunda onda harmônica de 177 nanômetros.Otimize a potência do laser de sete elétrons volts, alterando a potência do laser de 355 nanômetros usando um atenuador variável. Primeiro, abra o software de controle do analisador. No menu de sequência, selecione configuração e, em seguida, escolha Configuração ARPES e Mapeamento ARPES, na lista, para executar o mapeamento de superfície de Fermi com o defletor de fotoelétrons.Clique em editar e configure o mapeamento da superfície do Fermi para que o ângulo de emissão varie de 12 graus a 12 graus com o tamanho do passo de 0,5 graus e 49 para o número de passos. Uma vez definido, volte ao menu de sequência e selecione executar. O analisador hemisférico possui um defletor de elétrons que nos permite mapear a superfície de Fermi sem girar a amostra.Altere manualmente a configuração da máquina para medição de espectroscopia de fotoemissão com resolução de rotação e ângulo. Isso inclui alterar a fenda de entrada do analisador e o tamanho da abertura. No software, selecione setup e escolha spin configuration e normal na lista de opções e clique em OK.Em seguida, selecione DA30 na barra de menus e navegue para controlar theta. Isso abrirá o painel de configuração para a configuração do ângulo DA30. No painel, escolha o ângulo de emissão para que x seja menos seis graus e para que y seja zero graus.Em seguida, use um prompt de comando para aplicar o campo magnético controlando o banco de condensadores bipolar. Isso magnetizará o alvo do condutor v na direção da posição ao longo do eixo x, y ou z. Uma vez definido, clique em executar, para obter o espectro de intensidade.Em seguida, aplique um campo magnético para magnetizar o alvo do condutor v na direção negativa ao longo do eixo e execute a varredura para obter outro espectro de intensidade. Quando terminar, calcule a polarização de spin e os espectros resolvidos de spin. Usando o prompt de comando, ligue o motor de passo para alterar com precisão o ângulo da meia placa de onda para ajustar a polarização da luz do laser de sete elétrons volts.Em seguida, pegue os espectros resolvidos por spin para cada um dos eixos x, y e z. Varra os espectros resolvidos por spin em função da polarização da luz, enquanto varia o ângulo da meia placa de onda de zero a 102 graus com o tamanho do passo de três graus. O seleneto de bismuto é um isolante topológico prototípico com estados de superfície polarizados por spin.O mapa de superfície de Fermi obtido do estado da superfície no seleneto de bismuto mostra uma forma quase circulada. Em seguida, execute o mapeamento de banda ao longo da linha de alta simetria. Ele mostra a dispersão de energia em forma de X, o chamado cone de Dirac.A partir desses resultados, pode-se agora escolher o ângulo de emissão específico para o experimento SARPES. Ao tomar um x é igual a menos seis graus e y é igual a zero graus em kF negativo da banda de superfície, as curvas de distribuição de energia para diferentes direções de magnetização, atingem o pico de intensidade perto da energia de Fermi. As intensidades nos dois espectros são diferentes perto do pico.A partir da diferença entre suas intensidades, pode-se calcular a polarização de spin em função da energia e dos espectros resolvidos de spin. Aparentemente, o espectro de spin para cima tem uma estrutura de pico, mas o espectro de spin para baixo é relativamente plano. Isso reflete a polarização de quase 100% de spin.Ao fazer a mesma medição para um eixo diferente e com polarização de luz diferente, a direção do spin dos elétrons e sua dependência de polarização são claramente visíveis. Para a polarização p, os dados mostram claramente a polarização de spin de 100% positiva apenas ao longo de y e não há polarização de spin ao longo das direções x e z. Curiosamente, quando se muda a polarização da luz de p para s, o sinal de polarização de spin também muda para 100% negativos para polarização s sem componente de spin x e z.Como consequência da informação de spin total, a rotação de spin do elétron é completamente desvendada em três dimensões. Demonstramos o poder do SARPES, com o laser variável de polarização, para iniciar o estado polarizado por spin do seleneto de bismuto. Isso nos permite visualizar diretamente o spin do elétron e suas variações, em função das polarizações da luz.Essa técnica pode ser facilmente aplicada a muitos outros sistemas físicos. Nosso experimento mostra que, mesmo pequenas mudanças nos campos de luz realmente podem remodificar o spin do fotoelétron em três dimensões. Como a amostra é iluminada é muito importante.É preciso cuidar da geometria experimental para entender corretamente os dados.

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O manuscrito descreve um método de espectroscopia de fluorescência quase-ressonante assistida por fônons que incorpora espectroscopia de resolução limitada a laser e espectroscopia de fotoluminescência (PL). Este método utiliza fônons ópticos para fornecer espectros de resolução limitada por largura de linha de estruturas semicondutoras semelhantes a átomos no domínio da energia. O método também é facilmente realizado com uma configuração de espectroscopia óptica de espectrômetro único.

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