Her kombineres polarisering variabel 7-eV laser med spin – og vinkel-løst photoemission teknikk for å visualisere spin-orbital kopling effekten i solid stater.
Målet med denne protokollen er å presentere hvordan du utfører spin – og vinkel-løst photoemission spektroskopi kombinert med polarisering variabel 7-eV laser (laser-SARPES), og viser en strøm av denne teknikken for å studere robust begrunne fysikk. Laser-SARPES oppnår to store evner. Først ved å undersøke orbital utvalgsregel lineært polarisert lasere, kan orbital selektiv eksitasjon utføres i SAPRES eksperiment. Dernest kan teknikken vise fullstendig informasjon av en variant av spin quantum aksen som en funksjon av lys polarisering. For å demonstrere makt i samarbeid med disse evnene i laser-SARPES, bruker vi denne teknikken for undersøkelser av spin-bane kombinert overflate statene Bi2Se3. Denne teknikken gir oppløse spinn og orbital komponenter fra spin-bane kombinert wavefunctions. Videre, som en representant fordelen av benytter direkte spinn deteksjon samarbeidet med polarisering variabel laser, teknikken utvetydig visualiserer lys polarisering avhengigheten av spin quantum aksen i tre-dimensjon. Laser-SARPES øker dramatisk en evne photoemission teknikk.
Vinkel-løst photoemission spektroskopi (ARPES) teknikken har utviklet seg til en av de kraftigste verktøyet å undersøke quasiparticle band strukturer i solid states1. Mest av attraktiv funksjon i ARPES er evnen for bandet kartlegging å karakterisere elektronisk stater i energi og fart. Spin-løst ARPES (SARPES), som er her utstyrt med spin-detektorer, f.eks. Mott detektor2,3, videre kan vi løse spinn tegnet av observerte bandet strukturer4. Siden Mott detektoren kan måle spinn med to akser (x og z, eller y og z), gjør kombinasjonen av de to Mott detektorer videre det mulig å få spinn retning i tre dimensjon4,5 . For flere tiår, men SARPES eksperimenter led av deres lav effektivitet (vanligvis 1/10000 forhold for spin-integrert ARPES måling)3,4,5,6 ,7, som hadde begrenset energi og kantete løsninger. Nylig har energi oppløsningen på SARPES økt med en høy-effektive spinn detektor basert på utveksling spredning, den såkalte svært lav-energi elektron-Diffraksjon (VLEED) detektor7,8,9 ,10. Med denne detektor, datakvaliteten har blitt forbedret og data oppkjøpet tiden har blitt forkortet. Nylig lyktes SARPES sterkt for å løse spin-polarisert elektronisk stater og spesielt spin-bane kopling effekt som resulterer i spin teksturen av overflaten band7.
Her, brukes SARPES mål med en polarisering variabel vakuum ultrafiolett laser lys (laser-SARPES) og vise de store fordelene med denne kombinerte teknikken. Gjennom undersøkelse om spinn-bane kombinert overflate stater i Bi2Se3presenterer vi to egenskapene til laser-SARPES. Først på grunn av orbital utvalgsregelen lineært polarisert lasere i dipol overgang regimet, p– og s-polarisert lys selektivt opphisse en del av eigen-wavefunctions med forskjellige orbital symmetri. Slike en orbital selektiv excitation er dermed tilgjengelig i SARPES, nemlig orbital-selektive SARPES. Andre tredimensjonale (3D) spin-påvisning i SARPES viser spinn quantum aksen og direkte viser fullstendig informasjon av lys-polarisering avhengighet. I denne protokollen beskrive vi kort en metodikk for å utføre denne state-of-the-art laser-SARPES teknikk for å studere sterk spin-bane kopling virkningene.
Laser-SARPES systemet ligger ved Institutt for Solid State fysikk, Universitetet i Tokyo11. Skjematisk tegning av vår laser-SAPRES maskin er vist i figur 1. Den polarisering variabel 7-eV laser lys12 lyser eksempel overflaten og photoelectrons ut fra utvalget. Polarisering av laser kontrolleres automatisk av MgF2– basert λ/2- og λ/4-waveplates selektivt bruke lineære og sirkulære polarisasjonene. En hemisfæriske elektron analyzer korrigerer photoelectrons og analyserer sine kinetisk energi (Ekin) og utslipp vinkel (θx og θy). Photoelectron intensitet tilordnes på den Ekin–θx skjermen overvåket av en CCD kamera. Dette bildet omdannes direkte til energi bandet strukturen i gjensidige plass.
SARPES måling, photoelectrons med en bestemt utslipp vinkel og kinetisk energi analysert av elektron analyseringen er guidet til to VLEED-type spin detektorer med en 90-graders photoelectron deflektor og photoelectron bjelker er fokusert på to ulike mål Fe(001) –p(1 × 1) filmer av oksygen. Photoelectrons reflekteres av målene oppdages i enkeltkanals gjenkjenning ved hjelp av en channeltron plassert i hvert spinn detektor. VLEED mål kan magnetized med Helmholtz-type elektrisk spoler som er ordnet med ortogonale geometri forhold til hverandre. Magnetization retning kontrolleres av bipolar kondensatoren banken. De doble VLEED spin detektorer gjøre og dermed oss å analysere spin-polarisering vektoren for photoelectron i tre dimensjoner.
ARPES og SARPES har vært vanlig for å studere elektronisk bandet strukturer gjennom bandet kartlegging og spinn-gjenkjenning1,2. I tillegg til de generelle fordelene ovenfor, kan laser-SARPES basert på orbital utvalgsregelen i optisk dipol eksitasjon benyttes som en teknikken for å visualisere spin-orbital kopling effekten i wavefunction og quantum spinn forstyrrelser . Som vist i figur 9 og 10, polarisering av …
The authors have nothing to disclose.
Vi takker M. Nakayama, S. Toyohisa, A. Fukushima og Y. Ishida for støtter eksperimentelle oppsettet. Vi erkjenner takknemlig finansiering fra JSP Grantin-hjelp for vitenskapelig forskning (B) gjennom prosjektet nr. 26287061 og for unge forskere (B) gjennom prosjektet nr 15K 17675. Dette arbeidet ble også støttet av MEXT i Japan (nyskapende området “topologisk materialer vitenskap,” gi nr 16 H 00979) og JSPS KAKENHI (Grant nr 16 H 02209)
DA30-L hemispherical analyzer | ScientaOmicron | http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170 | |
Silver-based epoxy | Epoxy Technology | H20E | |
Sctoch tape | 3M | 801-1-18C | |
UHV valve | VAT | 01034-KE01 | |
linear/rotary feedthrough | Ferrovac | MD40 | |
transfer rod | UHV design | PP series | |
wobble stick | Ferrovac | WM40 | |
Paladin compact 355 | Coherent | ||
half waveplate | Kogakugiken | order made | |
Bipolar condenser bank | Tsuji electronics |