Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Spin ve açı çözüldü Photoemission spektroskopisi polarizasyon değişkenli lazer ile kombine için deneysel yöntemleri

Published: June 28, 2018 doi: 10.3791/57090
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Institute for Solid State Physics, University of Tokyo

Summary

Burada, polarizasyon değişkenli 7-eV lazer spin-orbital kaplin etkisi katı Birleşik Devletleri görselleştirmek için spin ve açı çözüldü photoemission tekniği ile birleştirir.

Abstract

Bu protokolü nasıl spin ve açı çözüldü photoemission spektroskopisi polarizasyon değişkenli 7-eV lazer (lazer-SARPES) ile birlikte gerçekleştirmek için mevcut ve katı hal fiziği çalışmak için bu teknik bir güç göstermek için hedeftir. Lazer-SARPES iki büyük yetenekleri sağlar. İlk olarak, yörünge seçim kuralı doğrusal polarize lazerlerin inceleyerek, yörünge seçici uyarma SAPRES deneyde yürütülen olabilir. İkinci olarak, teknik bir varyasyon spin kuantum eksen ışık polarizasyon bir fonksiyonu olarak tam bilgi gösterir. Lazer-SARPES bu yetenekleri işbirliği gücünü göstermek için spin-yörünge birleştiğinde yüzey Birleşik BI2Se3araştırmalar için bu tekniği uygulamak. Bu teknik spin ve yörünge spin-yörünge birleştiğinde wavefunctions bileşenlerinden çürümeye affords. Ayrıca, doğrudan spin algılama kullanarak bir temsilci avantajı polarizasyon-değişken laser ile işbirliği gibi teknik belirsizliğe yer bırakmadan spin kuantum eksen üç-boyut ışık polarizasyon bağımlılığının görüntüler. Lazer-SARPES önemli ölçüde photoemission teknik kapasitesini artırır.

Introduction

Photoemission açı çözüldü spektroskopisi (ARPES) tekniği quasiparticle grup yapıları sağlam Birleşik1' deki araştırmak için en güçlü bir araç haline geldi. En iyi şekilde çekici özelliği ARPES, enerji ve momentum uzayda elektronik Birleşik karakterize etmek Grup eşleştirme için yeteneği var. Spin çözüldü ARPES (burada spin-dedektörleri, e.gile donatılmış SARPES). Mott dedektörü2,3, daha fazla spin karakter gözlenen grup yapıları4gidermek bize sağlar. Mott dedektörü spin iki eksen (x ve z, veya y ve z) ile ölçebilirsiniz beri iki Mott dedektörleri daha fazla kombinasyonu bir üç boyut4,5 spin yönde elde etmek izin verir . Birkaç on yıl için ancak, SARPES deneyler onların düşük verimlilik (genellikle 1/spin entegre ARPES ölçüm için kıyasla 10000) zarar3,4,5,6 ,7enerji ve açısal çözünürlük sınırlı oldu,. Son zamanlarda, SARPES enerji çözünürlüğe üzerinde exchange saçılma, sözde çok düşük enerjili elektron-kırınım (VLEED) dedektörü7,8,9 dayalı bir yüksek verimli spin dedektörü ile artış ,10. Bu dedektörü ile veri toplama süresi kısaltılmış ve veri kalitesi önemli ölçüde geliştirilmiştir. Son zamanlarda, SARPES büyük ölçüde elektronik Birleşik spin polarize ve özellikle spin-yörünge kaplin etkisi yüzey bantları7spin doku kaynaklanan adrese başarılı oldu.

Burada, biz SARPES istihdam ölçümleri bir kutuplaşma değişkenli vakum ultraviyole ile lazer ışığı (lazer-SARPES) ve bu kombine teknik büyük avantajları göstermektedir. Spin-yörünge birleştiğinde yüzey Birleşik BI2Se3soruşturma, biz iki lazer-SARPES yeteneklerini mevcut. İlk olarak, doğrusal polarize lazerler dipol geçiş rejimi, p- ve syörünge seçim kuralı nedeniyle-polarize ışık seçerek heyecanlandırmak eigen-wavefunctions farklı yörünge simetri ile bir parçası. Yörünge bir seçici uyarma SARPES, yani, orbital-seçici SARPES böylece kullanılabilir. İkinci olarak, üç boyutlu (3D) spin-algılama SARPES spin kuantum eksen yönünü gösterir ve doğrudan ışık-polarizasyon bağımlılığı tam bilgileri görüntüler. Bu iletişim kuralı kısaca güçlü spin-yörünge kaplin etkilerini incelemek için bu state-of--art lazer-SARPES teknik gerçekleştirmek için bir metodoloji açıklayın.

Lazer-SARPES sistemimiz Institute for Solid State fizik, Tokyo Üniversitesi11yer alır. Bizim lazer-SAPRES makine şematik çizim Şekil 1' de gösterilen. Polarizasyon değişkenli 7-eV lazer ışık12 örnek yüzeyi aydınlatan ve photoelectrons örnek yayılan. Lazer kutuplaşma otomatik olarak MgF2- tabanlı λ/2 - ve seçmeli olarak doğrusal ve dairesel kutuplaşmalar kullanmak için λ/4-waveplates tarafından kontrol edilir. Hemisferik elektron analyzer photoelectrons düzeltir ve onların kinetik enerji (Ekin) ve emisyon açı (çapx ve θy) analiz eder. Photoelectron yoğunluklarda Ekin- CCD kamera tarafından izlenençapx ekran üzerinde eşleştirilir. Bu görüntü doğrudan enerji grup yapısı karşılıklı uzayda dönüşüyor.

SARPES ölçüm, belirli emisyon açı ve kinetik enerji elektron Çözümleyicisi tarafından analiz ile photoelectrons iki VLEED tipi spin yangın dedektörleri ile 90 derece photoelectron saptırıcı için yönlendirilir ve photoelectron kirişler iki odaklanmıştır farklı hedefler filmlerin oksijen tarafından sona Fe(001) -p(1 × 1). Hedefler tarafından yansıyan photoelectrons her spin Dedektör yerleştirilen bir channeltron kullanarak tek kanal algılama ile tespit edilir. VLEED hedefleri saygı ile dik geometri ile düzenlenmiş olan Helmholtz tipi elektrikli bobinleri ile mıknatıslı olmalı. Mıknatıslama yönü iki kutuplu kondansatör banka tarafından denetlenir. Çift Kişilik VLEED spin Dedektör böylece bize photoelectron üç boyutlu spin-polarizasyon vektör analiz etmek etkinleştirin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. örnek Mount ve yükleme

  1. Tek-kristal örnekleri bı2Se313 yaklaşık bir 1 × 1 × 0,5 mm boyutunda kesme örnek tutucusu örneğe yapıştırmak için3 ve kullanım gümüş tabanlı epoksi.
  2. İskoç teyibini örnek yüzeyinde yapıştırın.
    Not: İskoç teyibini atomik temiz bir yüzey elde etmek için ultrahigh vakum (UHV) odası örnekte ayırmak için kullanılır.
  3. İçine yük kilit Dergisi örnek örnek yükleyin ve yük kilidi basınç 1 × 10-5 PA daha düşük olana pompa başlatın

2. örnek fizyon

  1. UHV Vana UHV hazırlık odası arasındaki yük kilidi açın.
  2. Örnek dergi yük kilit odasına bağlı doğrusal/döner feedthrough kullanarak yük kaya Hazırlık odasına taşıyın.
  3. Hazırlık odasına bağlı transfer çubuk tarafından dergi örnekten örnek almak.
  4. Örnek Dergisi yük kilide koy ve UHV Vanayı kapat.
  5. Hazırlık odası baskısı 5 × 10-7 PA tamamlanana kadar bekleyin
  6. Hazırlık odasında sallantı stick kullanarak İskoç teyibini soyma ve örnek UHV koşul altında ayırmak.

3. örnek Transfer için ölçüm konumu

  1. Örnek UHV ölçüm odasına aktarmak ve ölçüm odası ile donatılmış tornavida tarafından ana gonio aşamasına örnek düzeltmek.
  2. Gonio aşamalı ölçüm konuma taşımak ve mikrometre sahne tam olarak örnek konum Spektrometre odak üzerine taşımak için kullanın.

4. 7eV-lazer Kur

  1. Nd:YVO4 lazer açın.
    Not: Lazer yüksek tekrarlama oranı 120 MHz ile 355 nm lazer ışık üretir.
  2. Lazer ışını çekim açın ve lazer KBBF kristal ve 177 ikinci harmonik dalgası üzerinden geçer emin olun nm (6.994 eV) oluşturulur.
  3. 7 eV-lazer gücü 355 nm lazer ile değişken zayıflatıcı gücünü değiştirerek optimize.

5. ARPES veri toplama

  1. Analyzer denetim yazılımı masaüstü bilgisayarda açın.
    Not: "Bir elektron saptırıcı ile kontrol ScientaOmicron analyzer için genel bir program olan SES yazılım" kullanın.
  2. Kurulum sırası menüsünden aşağıda seçin (Şekil 2, adım i.2-1) bar.
  3. ARPES yapılandırma (Şekil 3, adım ı.3-1) ve ARPES eşleme listesinde (Şekil 3, adım ı.3-2) photoelectron yansıtıcı yüzey eşleştirmeyle Fermi gerçekleştirmek için seçin.
  4. (Şekil 3, adım ı.3-3) Düzenle ' yi tıklatın ve Fermi yüzey eşleme-12 ° adım boyu 0.5 ° (Şekil 3, adım ı.3-4) ile bir emisyon açının θy 12 ° arasında değişen yapılandırın.
    Not: Hemisferik analyzer bir elektron saptırıcı ile bize örnek rotasyonlar olmadan Fermi yüzey eşlemek sağlar.
  5. (Şekil 2, adım i.2-3) Çalıştır ' ı tıklatın.

6. SARPES veri toplama

  1. El ile makine Kurulum Çözümleyicisi giriş yarık ve diyafram boyutu (resim 1) de dahil olmak üzere SARPES ölçüm için değiştirin.
  2. Kurulum sırası menüsünden aşağıda seçin (Şekil 2, adım i.2-2) bar.
  3. (Şekil 4, adım ı.4'te-1) yapılandırma Spin ve Normal listesinde (Şekil 4, adım ı.4'te-2) seçip Tamam (Şekil 4, adım ı.4'te-3)'ı tıklatın.
  4. DA30 (Şekil 5adım i.5-1) menü çubuğu ve Denetim tetaseçin... (DA30 açı (çapx, θy) yapılandırması için ayar panelini açmak içinŞekil 5adım i.5-2).
  5. Emisyon açı (çapx, θy) seçin SARPES spectra (Şekil 5adım i.5-3) almak (-6 °, 0 °) =.
  6. Manyetik alan iki kutuplu kondansatör banka VLEED hedef belirli eksen boyunca olumlu yönde manyetize kontrol ederek uygulamak (α: x, yveya z).
    Not: sistemimiz içinde buyurmak-e sevketmek ile [Şekil 6 (bir)] Bu işlem yapılabilir.
  7. Yoğunluk spektrum (Şekil 2, adım i.2-3) almak için Çalıştır ' ı tıklatın.
  8. Manyetik alan VLEED hedef α boyunca negatif yönde manyetize ve tarama yoğunluğu spektrum almaya başlamak için geçerli.
  9. Spin-polarizasyon ve spin çözüldü spectra hesaplayın.

7. ışık polarizasyon bağımlılık taraması

  1. λ/2-waveplate tam 7 eV-lazer ışık kutuplaşma ayarlamak için adım motor tarafından kontrollü açısını değiştirmek.
    Not: bizim sistemi, komut istemi [Şekil 6 (b)] ile bu işlem yapılabilir.
  2. X, y ve z eksenleri için spin çözüldü spectra al.
  3. Spin çözüldü spectra 0 ° yarım waveplate açıdan adım boyu 3 ° ile 102 ° değişen ışık polarizasyon bir fonksiyonu olarak inceden inceye gözden geçirmek.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

SARPES deneyler başlamadan önce k pozisyonlar yüksek hayatinizda spin entegre ARPES sonuçları yüksek enerji - ve açısal-çözünürlük ile (5.1-5,5 iletişim kuralı) kullanarak spektrum spin çözüldü almak için doğru bir şekilde belirlenecektir gerekir. Bu nerede bir bı2Se3 tek kristal ARPES sonuçları sunulmuştur Şekil 7 ' de gösterilmiştir. Bu malzeme bir spin polarize yüzey Birleşik14,15ile prototip bir topolojik yalıtkan olarak bilinir. ARPES grup harita açıkça çok dik Dirac koni gibi enerji dispersiyon iki boyutlu yüzey devlet16giderir. ARPES sonuçları cleaved yüzey ve örnek yönü yüksek kalitesini teyit. Grup harita ve Fermi yüzey eşleme enerji ve momentum bilgilerden, belirli emisyon açı SARPES deneme için şimdi birini seçebilirsiniz.

Şekil 8 (a) temsil eden farklı mıknatıslanma yönü (+My ve için -My) (çapx, θy) alınan enerji dağıtım eğrileri (EDCs)karasında -F (-6 °, 0 °) = yüzey Grup, Şekil 7' de gösterilen kesikli çizgi boyunca kesme karşılık gelen. Veri, spin çözüldü EDCs aşağıda elde edilebilir. İlk başta, spin polarizasyon (Py) bu ilişki kullanarak tahmin edilmektedir:

Equation 1

nerede α çözümlenmiş eksen (x, y ve z) ve ben+M α (ben-M α) photoelectron yoğunluğu için +M α (-M α), ve S eff genellikle 0,311olan Sherman işlevidir. Elde edilen Py eğrisi Şekil 8 (b)gösterilir. Spin-up için spin çözüldü spectra (Equation 2) ve spin aşağı (Equation 3) o zaman tarafından elde edilir:

Equation 4

Elde edilen spin-spectra gösterilir çözülmüş Şekil 8(c).

Çift Kişilik VLEED spin dedektörleri 3D spin-çözünürlük x, y ve z eksenleri boyunca elde etmek için bize izin ver. Bu Şekil 9(a) içinde gösterilmiştir nereye pkullanarak spin çözüldü spectra-polarizasyon set-up ve karşılık gelen spin-polarizasyon (Px, Py ve Pz) gösterilen. Fermi enerji yakınındaki açık tepe bı2Se3yüzey durumuna atanır. Verileri diğer bileşenleri, Px ve Pz, negligibly küçük olmakla birlikte Py ~ %100 tamamen spin polarize olduğunu temsil eder. 3D döndürme-spectra böylece spin kuantum ekseni bant hesaplamalar16,17,18ile tutarlı y, sabit yüzey durumu göstermek karar verdi.

O zaman, biz sve p- yörünge seçici uyarma üzerinde odaklanmak-polarize lazer. Genel olarak, güçlü spin-kaplin yörünge altında farklı yörünge simetri ters spinor bir tek eigenfunction17,18ile karıştırılır. Bizim deneysel geometri, p-polarize (s-polarize) ışık px ve pz (py) duyarlı yörünge spin-yörünge bileşenlerinde birleştiğinde wavefunction ( içinde iç metin Şekil 9). Böylece, spin-orbital kaplin yoluyla-meli bulmak orbital-Seçici Lazer-SARPES karşı spin-polarizasyon için p- ve s-polarizasyon. Nitekim, bu Şekil 9(a) ve 9(b)içinde gösterilmiştir. Biz açıkça önemli ışık polarizasyon bağımlılık doğrudan görünen spin-yörünge kaplin etkisi yüzey durumu17,18 Py görmekteyiz.

Ayrıca, Px, Py ve Pz doğrusal polarizasyon evrimi p- ve sarasında hafif eğik polarizasyon ile bile daha ayrıntılı araştırmaya lazer-SARPES affords-kutuplaşmalar 19. Şekil 10(a)içinde gösterildiği gibi lazer-SARPES 3D spin algılama ile Px, Py ve Pz bağlama enerji 0.025 eV bir fonksiyonu olarak görüntüler Doğrusal-kutuplaşmalar. Burada, sonuç 102 veri noktaları, ve içinde 6 h alınan içerir. Py polarizasyon bağımlılığının kolayca pozitif ve negatif Py photoelectrons heyecanlı bir gerçeği tarafından açıklanır p- ve s-uygulanan lazer bileşenleri iptal eder. Ancak, bu Px ve Pzaçıklayamam. Tam bu sonuç tanımlamak için Şekil 10(b)özetlenen photoemission işleminde tutarlı spin düşünün gereklidir. Doğrusal polarizasyon aynı anda spin-up ve spin aşağı Birleşik heyecanlandıran, bu iki kuantum-spin baz bir photoelectron, spin rotasyon sonuçlanan tutarlı Süperpoze durumdadır. Aslında, görüntülenen polarizasyon bağımlılığı de dikkate alınarak, spin-up ve spin aşağı heyecanlı p- ve sarasında tutarlı parazit modeli hesaplama tarafından çoğaltılamaz-kutuplaşmalar19. Benzer spin etki sinkrotron radyasyon20,21ile alternatif olarak 3D SARPES tarafından gözlenmiştir.

Figure 1
Şekil 1: şematik lazer-SARPES tespit sistemleri çizim. İki VLEED spin-dedektörleri ortogonal geometrisi ile düzenlenmiş yarımküresel photoelectron Çözümleyicisi'bağlı. Bu rakam Yaji değiştirildi K. ve ark. 11. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: ekran Çözümleyicisinin kontrol yazılım. Adımlar i.2-1 i.2-3 algılaması mod (ARPES veya SARPES) ve alma veri seçmek için başlatmak nasıl gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: ekran kontrol paneli algılama modu seçmek için. I.3-4 adımlar ı.3-1 Fermi yüzey eşleme başlatmak nasıl gösterir. (Adım ı.3-3) Düzenle düğmesine basılırsa yeni panel (adım ı.3-4) eşleme özelliklerini tanımlamak için bulup sana getireceğim.

Figure 4
Şekil 4: ekran kontrol paneli algılama modu seçmek için. Adımlar ı.4'te-1 ı.4'te-3 SARPES modu başlatmak nasıl gösterir. Spin bölge seçili (adım ı.4'te-1) ve alt ise Tamam (adım ı.4'te-3) basıldığında, panel kapanacak ve bütün analyzer Kur SARPES modu haline gelmek olacaktır.

Figure 5
Şekil 5: elektron saptırıcı kontrol paneli ekran. Adımlar i.5-1 i.5-3 photoelectron saptırıcı kontrol altına almayı gösterir. Bölge denetim ... teta (i.5-2. adımı) basılırsa yeni panel photoelectron yansıtıcı (adım i.5-3) özelliklerini tanımlamak için onları bulup sana getireceğim. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: manyetik alan spin hedefleri ve ışık polarizasyon için panel ekran. Bu özellikler sistemimizde komut satırları tarafından kontrol edilir. (a) spin hedeflere güçlü bir manyetik alan denetlemek için komut: "spin_coil.exe + X" karşılık gelen "uygulama dosyası adının üzerine", "Bu alanın yönünü + veya -" ve "eksen, x, y veya z". (B) ışık polarizasyon denetlemek için komut: "wave_plate.exe 180" karşılık gelen "uygulama dosyası adı için" ve "λ/2-waveplate açısı".

Figure 7
Şekil 7: Fermi yüzey haritalama ve E-k grubu eşleme bı2Se3 yüzey devlet ARPES kullanarak. Kesik çizgi spin çözüldü spectra Şekil 8 ve 9 şekilçekmek için k konumu gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 8
Şekil 8: Spin ve açı çözülmüş grup spectra bı2Se3yüzey. (a) enerji dağıtım eğrileri (EDCs) farklı mıknatıslanma yön +My ve -My kesikli çizgi kesme Şekil 7' deki karşılık gelen bir sabit emisyon açıyla ölçülür. (b) spin kutuplaşmalar bağlama spin çözüldü analizinden elde edilen enerjinin bir fonksiyonu olarak. (c) elde edilen EDCs spin-up (kırmızı üçgen) ve spin aşağı (mavi üçgen) kanallar için. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 9
Şekil 9: p- ve s-photoelectron spin Bi2Se3yüzey devletten polarizasyon bağımlılığı. (a) ve (b) 3D spin çözüldü spectrax, y ve z eksenleri ve karşılık gelen spin kutuplaşmalar (Px, Py ve Pz) bir fonksiyonu olarak bağlama p- ve s tarafından elde edilen enerji için -kutuplaşmalar kesikli çizgi kesme Şekil 7' deki karşılık gelen bir sabit emisyon açıyla. Ankastre, deneysel yapılandırmaları için p- ve s-kutuplaşmalar gösterilir. Bu rakam Kuroda K. ve arkdeğiştirildi. 19. p- (s-) polarizasyon seçerek heyecanlandıran px ve pz (py) yörünge wavefunction gibi. Px ve pz (py) Birleşik için birleştiğinde +y spin (−y spin) spin-orbital birleştiğinde yüzey devlet16,17. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 10
Şekil 10: üç boyutlu spin polarizasyon etkisi doğrusal polarize ışık tarafından indüklenen. (a) Px,y,z Bi2Se3 yüzey durumu ile ilgili uygulamalı araziler lazer doğrusal polarize. İlave, x-z uçak Yansıtılan lazer Uygulamalı Elektrik alanı gösterilir. Genel veri noktaları içinde 6 h alınmıştır. Bu rakam Kuroda, değiştirilmiş K. ve ark. 19. (b) parazit nedeniyle 3D tur dönüşü spin-up ve spin aşağı spin görüntülenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ARPES ve SARPES teknikleri elektronik grup yapıları grubu eşleme ve spin-algılama1,2ile çalışmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Yukarıda gösterilen bu genel avantajları yanı sıra lazer-SARPES optik dipol uyarma yörünge seçim kuralına göre wavefunction ve kuantum spin girişim spin-orbital kaplin yürürlükte görüntülenmesi için yeni bir teknik olarak istihdam edilebilir . Şekil 9 ve 10gösterildiği lazer kutuplaşma kolayca waveplates için p- ve sarasında hareket ettirildiğinde doğrusal kutuplaşmalar tarafından manipüle edilebilir-kutuplaşmalar19. Prensip olarak, dairesel ve hatta eliptik polarize ışık elde edilen ve lazer-SAPRES içinde kullanılır. Bu çeşitli ayarlanabilir kutuplaşma pek soylu-gaz-deşarj lambası ve sinkrotron radyasyon gibi konvansiyonel ışık kaynağı elde edilir. Bu nedenle, bir kutuplaşma değişkenli lazer ve SARPES birlikte 3D spin-çözünürlük önemli ölçüde photoemission teknik kapasitesini artırır.

Lazer-SARPES en iyi koşul altında gerçekleştirmek için bir her zaman genellikle genişletiyor photoelectrons Coulomb itme yüksek yoğunluklu lazer tarafından yayılan bir yoğun elektron paketindeki nedeniyle enerji alanı ücretsiz etkisi12, konusunda dikkatli olmanız gerekir. Bu sorun varsa, bir 7-eV lazer (adım 4.3) gücünü en iyi duruma getirmek gerekir. İkinci olarak, photoelectron yoğunluk örneklerinden fakir ise, analyzer girişinde yarık ve diyafram olmalıdır (adım 6.1) açık, ancak, bu durumda enerji çözünürlük feda. Bu nedenle, bir lazer-SARPES deneyleri sığdırmak için deneysel set-up seçerken dikkat gerekir.

Ana dezavantajı ise lazer-SARPES standart photoemission tekniği sinkrotron radyasyon ile karşılaştırıldığında, lazer-SAPRES içinde lazer foton enerji genellikle ayarlanabilir değildir. Photoemission tekniğinde tunable foton kz dağılım soruşturma gereklidir ve 3D toplu grup yapıları tanımlar ve iki boyutlu yüzey1Devletler. Ayrıca, foton enerji bu yazıda kullanılan 7 ev daha yüksek foton enerji ile kıyasla küçük k alan tarayabilir. Bu nedenle, lazer-SARPES büyük olasılıkla Brillouin bölge merkezi etrafında iki boyutlu yüzey Birleşik soruşturma içine sınırlıdır.

Ancak, bu lazer-SARPES teknik gücünü spin-yörünge birleştiğinde eyaletlerini yaygın olarak uygulanabilir olması gerekmektedir. Son zamanlarda, bu kağıt içinde açıklanan iletişim kuralını kullanarak, biz daha da güçlü spin-yörünge kaplin etkisi ve onun önemli kortaya koymuştur-bağımlılık bı ince film22 ve BIAG2/Ag(111) yüzey alaşım23. Ayrıca, bu yüksek verimli SARPES tekniği sadece geliştirmeye başlayan ve giderek standart bir deneysel teknik olur dikkati çekiyor. Protokol araştırmacı SARPES kullanın ve üretilen verileri anlamanıza yardımcı olmak içindir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

Acknowledgments

M. Nakayama, S. Toyohisa, A. Fukushima teşekkür ediyoruz ve Y. Ishida için deneysel kurulumu için destekler. JSP'ler Grantin yardımından için bilimsel araştırma (B) aracılığıyla Proje No 26287061 ve Proje No ile genç bilim adamları (B) için fon minnetle anıyoruz 15K 17675. Bu eser de (yenilikçi alan "topolojik malzeme bilimi," vermek No. 16 H 00979) Japonya MEXT ve JSP'ler KAKENHI (Grant No. 16 H 02209) tarafından desteklenmiştir

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Damascelli, A., Hussain, Z., Shen, Z. -X. Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors. Rev. Mod. Phys. 75 (2), 473-541 (2003).
  2. Johnson, P. D. Spin-polarized photoemission. Rep. Prog. Phys. 60 (11), Available from: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/60/11/002/meta 1217-1304 (1997).
  3. Qiao, S., Kimura, A., Harasawa, A., Sawada, M., Chung, J. -G., Kakizaki, A. A new compact electron spin polarimeter with a high efficiency. Rev. Sci. Instrum. 68 (12), 4390-4395 (1997).
  4. Dil, J. H. Spin and angle resolved photoemission on non-magnetic low-dimensional systems. J. Phys. Condens. Matter. 21 (40), 403001 (2009).
  5. Hoesch, M., et al. Spin-polarized Fermi surface mapping. J. Electron Spectrosc. 124 (2), 263-279 (2002).
  6. Souma, S., Takayama, S., Sugawara, K., Sato, T., Takahashi, T. Ultrahigh-resolution spin-resolved photoemission spectrometer with a mini Mott detector. Rev. Sci. Instrum. 81 (9), 096101 (2010).
  7. Okuda, T., Kimura, A. Spin- and angle-resolved photoemission of strongly spin-orbit coupled systems. J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2), 021002 (2013).
  8. Okuda, T., et al. A new spin-polarized photoemission spectrometer with very high efficiency and energy resolution. Rev. Sci. Instrum. 79 (12), 123117 (2008).
  9. Jozwiak, C., et al. A high-efficiency spin-resolved photoemission spectrometer combining time-of-flight spectroscopy with exchange-scattering polarimetry. Rev. Sci. Instrum. 81 (5), 053904 (2010).
  10. Okuda, T., et al. Efficient spin resolved spectroscopy observation machine at Hiroshima Synchrotron Radiation Center. Rev. Sci. Instrum. 82 (10), 103302 (2011).
  11. Yaji, K., et al. High-resolution three-dimensional spin- and angle-resolved photoelectron spectrometer using vacuum ultraviolet laser light. Rev. Sci. Instrum. 87 (5), 053111 (2016).
  12. Shimojima, T., Okazaki, K., Shin, S. Low-temperature and high-energy-resolution laser photoemission spectroscopy. J. Phys. Soc. Jpn. 84 (7), 072001 (2015).
  13. Augustine, S., Mathai, E. Growth, morphology, and microindentation analysis of Bi2Se3, Bi1.8In0.2Se3, and Bi2Se2.8Te0.2 single crystals. Mater. Res. Bull. 36 (13), 2251-2261 (2001).
  14. Hasan, M. Z., Kane, C. L. Colloquium: Topological insulators. Rev. Mod. Phys. 82 (4), 3045-3067 (2010).
  15. Ando, Y. Topological insulator materials. J. Phys. Soc. Jpn. 82 (10), 102011 (2013).
  16. Zhang, H., Liu, C. -X., Qi, X. -L., Dai, X., Fang, Z., Zhang, S. -C. Topological insulators in Bi2Se3, Bi2Te3 and Sb2Te3 with a single Dirac cone on the surface. Nature Phys. 5 (6), 438-442 (2009).
  17. Cao, Y., et al. Mapping the orbital wavefunction of the surface states in three-dimensional topological insulators. Nature Phys. 9 (8), 499-504 (2013).
  18. Zhang, H., Liu, C. -X., Zhang, S. -C. Spin-orbital texture in topological insulators. Phys. Rev. Lett. 111 (6), 066801 (2013).
  19. Kuroda, K., et al. Coherent control over three-dimensional spin-polarization for the spin-orbit coupled surface state of Bi2Se3. Phys. Rev. B. 94 (16), 165162 (2016).
  20. Meier, F., et al. Interference of spin states in photoemission from Sb/Ag(111) surface alloys. J Phys-Condens Mat. 23 (7), URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-8984/23/7/072207/meta 072207 (2011).
  21. Dil, J. H., Meier, F., Osterwalder, J. Rashba-type spin splitting and spin interference of the Cu(111) surface state at room temperature. J Electron Spectrosc. 201, 42-46 (2015).
  22. Yaji, K., et al. Spin-dependent quantum interference in photoemission process from spin-orbit coupled states. Nature Commun. 8, 14588 (2017).
  23. Noguchi, R., et al. Direct mapping of spin and orbital entangled wave functions under interband spin-orbit coupling of giant Rashba spin-split surface states. Phys. Rev. B. 95 (6), 04111(R) (2017).

Tags

Mühendislik sayı: 136 katı hal fiziği grup yapısını katılar spin-yörünge kaplin spin polarizasyon yüzey Birleşik photoemission spin-dedektör lazer
Spin ve açı çözüldü Photoemission spektroskopisi polarizasyon değişkenli lazer ile kombine için deneysel yöntemleri
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kuroda, K., Yaji, K., Harasawa, A.,… More

Kuroda, K., Yaji, K., Harasawa, A., Noguchi, R., Kondo, T., Komori, F., Shin, S. Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser. J. Vis. Exp. (136), e57090, doi:10.3791/57090 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter