Name: Spin ve açı çözüldü Photoemission spektroskopisi polarizasyon değişkenli lazer ile kombine için deneysel yöntemleri (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: Öğrenin, polarizasyon değişkenli 7 eV lazer ile SARPES kullanarak katı haldeki spin-yörünge kuplaj etkilerini görselleştirmeyi. Bu yöntem elektron spin yapılarının hassas belirlenmesini sağlar.

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

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

1. örnek Mount ve yükleme
<ol><li>Tek-kristal örnekleri bı2Se313 yaklaşık bir 1 × 1 × 0,5 mm boyutunda kesme örnek tutucusu örneğe yapıştırmak için3 ve kullanım gümüş tabanlı epoksi.</li>
	<li>İskoç teyibini örnek yüzeyinde yapıştırın. Not: İskoç teyibini atomik temiz bir yüzey elde etmek için ultrahigh vakum (UHV) odası örnekte ayırmak için kullanılır.</li>
	<li>İçine yük kilit Dergisi örnek örnek yükleyin ve yük kilidi basınç 1 × 10-5 PA daha düşük olana pompa başlatın</li>
</ol>2. örnek fizyon
<ol><li>UHV Vana UHV hazırlık odası arasındaki yük kilidi açın.</li>
	<li>Örnek dergi yük kilit odasına bağlı doğrusal/döner feedthrough kullanarak yük kaya Hazırlık odasına taşıyın.</li>
	<li>Hazırlık odasına bağlı transfer çubuk tarafından dergi örnekten örnek almak.</li>
	<li>Örnek Dergisi yük kilide koy ve UHV Vanayı kapat.</li>
	<li>Hazırlık odası baskısı 5 × 10-7 PA tamamlanana kadar bekleyin</li>
	<li>Hazırlık odasında sallantı stick kullanarak İskoç teyibini soyma ve örnek UHV koşul altında ayırmak.</li>
</ol>3. örnek Transfer için ölçüm konumu
<ol><li>Örnek UHV ölçüm odasına aktarmak ve ölçüm odası ile donatılmış tornavida tarafından ana gonio aşamasına örnek düzeltmek.</li>
	<li>Gonio aşamalı ölçüm konuma taşımak ve mikrometre sahne tam olarak örnek konum Spektrometre odak üzerine taşımak için kullanın.</li>
</ol>4. 7eV-lazer Kur
<ol><li>Nd:YVO4 lazer açın. Not: Lazer yüksek tekrarlama oranı 120 MHz ile 355 nm lazer ışık üretir.</li>
	<li>Lazer ışını çekim açın ve lazer KBBF kristal ve 177 ikinci harmonik dalgası üzerinden geçer emin olun nm (6.994 eV) oluşturulur.</li>
	<li>7 eV-lazer gücü 355 nm lazer ile değişken zayıflatıcı gücünü değiştirerek optimize.</li>
</ol>5. ARPES veri toplama
<ol><li>Analyzer denetim yazılımı masaüstü bilgisayarda açın. Not: "Bir elektron saptırıcı ile kontrol ScientaOmicron analyzer için genel bir program olan SES yazılım" kullanın.</li>
	<li>Kurulum sırası menüsünden aşağıda seçin (Şekil 2, adım i.2-1) bar.</li>
	<li>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.</li>
	<li>(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.</li>
	<li>(Şekil 2, adım i.2-3) Çalıştır ' ı tıklatın.</li>
</ol>6. SARPES veri toplama
<ol><li>El ile makine Kurulum Çözümleyicisi giriş yarık ve diyafram boyutu (resim 1) de dahil olmak üzere SARPES ölçüm için değiştirin.</li>
	<li>Kurulum sırası menüsünden aşağıda seçin (Şekil 2, adım i.2-2) bar.</li>
	<li>(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.</li>
	<li>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).</li>
	<li>Emisyon açı (çapx, θy) seçin SARPES spectra (Şekil 5adım i.5-3) almak (-6 °, 0 °) =.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Yoğunluk spektrum (Şekil 2, adım i.2-3) almak için Çalıştır ' ı tıklatın.</li>
	<li>Manyetik alan VLEED hedef α boyunca negatif yönde manyetize ve tarama yoğunluğu spektrum almaya başlamak için geçerli.</li>
	<li>Spin-polarizasyon ve spin çözüldü spectra hesaplayın.</li>
</ol>7. ışık polarizasyon bağımlılık taraması
<ol><li>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.</li>
	<li>X, y ve z eksenleri için spin çözüldü spectra al.</li>
	<li>Spin çözüldü spectra 0 ° yarım waveplate açıdan adım boyu 3 ° ile 102 ° değişen ışık polarizasyon bir fonksiyonu olarak inceden inceye gözden geçirmek.</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>

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

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 kutuplaşm...

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.

<table><tbody><tr><td>DA30-L yarım küre analizörü</td><td>ScientaOmicron</td><td></td><td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td></tr><tr><td>Gümüş bazlı epoksi</td><td>Epoksi Teknolojisi</td><td>H20E</td><td></td></tr><tr><td>Sctoch bant</td><td>3M</td><td>801-1-18C</td><td></td></tr><tr><td>UHV valf</td><td>VAT</td><td>01034-KE01</td><td></td></tr><tr><td>doğrusal/döner geçiş</td><td>Ferrovac</td><td>MD40</td><td></td></tr><tr><td>transfer çubuğu</td><td>UHV tasarımı</td><td>PP serisi</td><td></td></tr><tr><td>yalpalama çubuğu</td><td>Ferrovac</td><td>WM40</td><td></td></tr><tr><td>Paladin kompakt 355</td><td>Tutarlı</td><td></td><td></td></tr><tr><td>yarım dalga plakası</td><td>Kogakugiken</td><td></td><td>siparişi</td></tr><tr><td>Bipolar kondenser bankası</td><td>Tsuji elektroniği</td><td></td><td></td></tr> yaptı</tbody></table>

spin ve açı çözüldü photoemission spektroskopisi polarizasyon değişkenli lazer ile kombine için deneysel yöntemleri

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

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.

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,<sup class="x...

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

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

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

SARPES olarak adlandırılan spin ve açı çözümlü fotoemisyon spektroskopisi, spin bilgileri de dahil olmak üzere katı hal elektron yapılarını araştırmak için güçlü bir tekniktir. Yöntemimizde, bu tekniği polarizasyon değişkenli 7-eV lazer ile birleştirdik ve bu da elektron spin yapılarını çok hassas bir şekilde belirlememizi sağladı. SARPES genellikle senkrotron radyasyonu veya soy gaz deşarj lambası ile gerçekleştirilmiştir.Bu yöntemle karşılaştırıldığında, polarizasyon değişkenli 7-eV lazer kullanmak büyük bir gelişmedir. Lazer ışını ile polarizasyon, dalga plakası kullanılarak kolayca kontrol edilebilir. Bu özelliği kullanarak, ışık polarizasyonuna duyarlı olan elektron dönüşünün davranışını tamamen izleyebiliriz.Fotoelektron spin reaksiyonu, ışık polarizasyonuna bağlıdır. Ve bu, spin-yörünge eşleşmesi ve spin-girişimi gibi birçok fiziksel anlam gösterir. Bu nedenle, tekniğimiz yoğun madde fiziğini incelemek için kademeli olarak kullanılabilir.Başlamak için, bizmut selenidin tek kristal örneklerini kesin ve bunları bir örnek tutucuya yapıştırmak için gümüş bazlı bir epoksi kullanın. Epoksi sertleştikten sonra, numunelerin yüzeyine bir parça bant yerleştirin. Ardından, numune magazinini ultra yüksek vakumlu yük kilidine aktarın ve yük kilidinin basıncı bir çarpı on ila eksi beş pascal'dan daha düşük olana kadar pompayı çalıştırın.Ardından, yük kilidi ile hazırlama haznesi arasındaki ultra yüksek vakum valfini açın ve yük kilit haznesine bağlı geçiş mekanizmasını kullanarak numune magazinini yük kilidinden hazırlama haznesine taşıyın. Şimdi, numuneyi numune magazininden almak için bir transfer çubuğu kullanın ve ardından numune magazinini tekrar yük kilidine yerleştirin ve ultra yüksek vakum valfini kapatın. Hazırlama odasının basıncı beş çarpı on ila eksi yedi pascal'ın altına düşene kadar bekleyin ve ardından hazırlama odasındaki yalpalama çubuğunu kullanarak viski bandını bizmut selenit yüzeyinden soyun.Bu, numuneyi parçalayacak ve atomik olarak temiz bir yüzey oluşturacaktır. Numuneyi UHV ölçüm odasına aktarın. Orada, numuneyi ana gonio aşamasına sabitlemek için bir tornavida kullanın.Ardından, aşamayı ölçüm konumuna getirin ve numuneyi spektrometrenin odağına hassas bir şekilde konumlandırmak için bir mikrometre aşaması kullanın. Ardından, neodimyum katkılı itriyum ortovanadat lazeri açın ve on ila 15 dakika ısınmasına izin verin. Lazer ışını kapağını açın ve lazerin 177 nanometrelik ikinci bir harmonik dalga oluşturmak için bir potasyum berilyum floroborat kristalinden geçtiğinden emin olun.Değişken bir zayıflatıcı kullanarak 355 nanometre lazerin gücünü değiştirerek yedi elektron volt lazerin gücünü optimize edin. İlk olarak, analizör kontrol yazılımını açın. Sıra menüsünde, kurulumu seçin ve ardından fotoelektron deflektörü ile Fermi yüzey haritalaması gerçekleştirmek için listeden ARPES konfigürasyonunu ve ARPES haritalamasını seçin.Düzenle'ye tıklayın ve Fermi yüzey haritalamasını, emisyon açısı 12 derece ile 12 derece arasında değişecek ve adım boyutu 0,5 derece ve adım sayısı için 49 olacak şekilde yapılandırın. Ayarlandıktan sonra sıra menüsüne geri dönün ve çalıştır'ı seçin. Yarım küre analizörü, numuneyi döndürmeden Fermi yüzeyini haritalamamızı sağlayan bir elektron deflektörüne sahiptir.Dönüş ve açı çözümlü fotoemisyon spektroskopisi ölçümü için makine kurulumunu manuel olarak değiştirin. Bu, hem analizör giriş yarığının hem de açıklık boyutunun değiştirilmesini içerir. Yazılımda, kurulumu seçin ve seçenekler listesinden döndürme yapılandırmasını ve normal'i seçin ve Tamam'a tıklayın.Ardından, menü çubuğunda DA30'u seçin ve tetayı kontrol etmek için gezinin. Bu, DA30 açı yapılandırması için ayar panelini açacaktır. Panelde, teta x için emisyon açısını eksi altı derece ve teta y için sıfır derece olacak şekilde seçin.Ardından, bipolar kondansatör bankasını kontrol ederek manyetik alanı uygulamak için bir komut istemi kullanın. Bu, v-lead'in hedefini x, y veya z ekseni boyunca konum yönünde manyetize edecektir. Ayarlandıktan sonra, yoğunluk spektrumunu almak için çalıştır'a tıklayın.Ardından, v-kurşun hedefini eksen boyunca negatif yönde manyetize etmek için bir manyetik alan uygulayın ve başka bir yoğunluk spektrumu almak için taramayı çalıştırın. Bitirdiğinizde, spin polarizasyonunu ve spin çözülmüş spektrumları hesaplayın. Komut istemini kullanarak, yedi elektron volt lazerin ışık polarizasyonunu ayarlamak için yarım dalga plakasının açısını hassas bir şekilde değiştirmek için step motora güç verin.Ardından, x, y ve z eksenlerinin her biri için spin çözümlü spektrumları alın. Yarım dalga plakası açısını üç derecelik adım boyutuyla sıfır dereceden 102 dereceye değiştirirken, ışık polarizasyonunun bir fonksiyonu olarak spin çözümlü spektrumları tarayın. Bizmut selenit, spin polarize yüzey durumlarına sahip prototipik bir topolojik yalıtkandır.Bizmut seleniddeki yüzey durumunun elde edilen Fermi yüzey haritası, neredeyse daire şeklinde bir şekil gösterir. Ardından, yüksek simetri çizgisi boyunca bant eşlemesi yapın. Dirac konisi olarak adlandırılan X şeklindeki enerji dağılımını gösterir.Bu sonuçlardan, artık SARPES deneyi için spesifik emisyon açısı seçilebilir. Bir teta x eksi altı dereceye eşit olduğunda ve teta y, yüzey bandının negatif kF'si boyunca sıfır dereceye eşit olduğunda, enerji dağılımı farklı manyetizasyon yönleri için eğriler, Fermi enerjisine yakın yoğunlukta zirve yapar. İki spektrumdaki yoğunluklar zirveye yakın yerlerde farklıdır.Yoğunlukları arasındaki farktan, enerjinin ve spin çözülmüş spektrumların bir fonksiyonu olarak spin polarizasyonu hesaplanabilir. Görünüşe göre, yukarı dönüş spektrumu bir tepe yapısına sahiptir, ancak aşağı dönüş spektrumları nispeten düzdür. Bu, neredeyse% 100 spin polarizasyonunu yansıtır.Aynı ölçümü farklı bir eksen için ve farklı ışık polarizasyonu ile alırken, elektronların dönüş yönü ve polarizasyon bağımlılığı açıkça görülebilir. P-polarizasyonu için, veriler sadece y boyunca pozitif% 100 spin polarizasyonunu açıkça gösterir ve x ve z yönleri boyunca spin polarizasyonu yoktur. İlginç bir şekilde, ışık polarizasyonu p'den s'ye değiştirildiğinde, spin-polarizasyonun işareti de x ve z spin bileşeni olmayan s-polarizasyonu için negatif %100'e geçer.Tam spin bilgisinin bir sonucu olarak, elektronun spin dönüşü üç boyutta tamamen çözülür. Bizmut selenidin spin polarize durumunu başlatmak için polarizasyon değişken lazer ile SARPES'in gücünü gösterdik. Bu, ışık polarizasyonlarının bir fonksiyonu olarak elektron dönüşünü ve varyasyonlarını doğrudan görselleştirmemizi sağlar.Bu teknik, diğer birçok fiziksel sistem için de kolaylıkla uygulanabilir. Deneyimiz, ışık alanlarındaki küçük değişikliklerin bile fotoelektron dönüşünü üç boyutlu olarak yeniden değiştirebileceğini gösteriyor. Numunenin nasıl aydınlatıldığı çok önemlidir.Verileri doğru bir şekilde anlamak için deneysel geometriye dikkat etmek gerekir.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Bu yöntem genel amacı, sinkrotron radyasyon ile açı-ayrıştırıcı fotoemisyon spektroskopisi kullanılarak ultra-düşük sıcaklıklarda katı olan düşük enerjili elektronik yapı belirlemektir.

Ultra-düşük sıcaklıklarda Açı çözüldü Photoemission Spektroskopi

Düzensiz numunelerdeki uzunluk ölçeklerini araştırmak için nötron saçılma tekniği olarak spin eko çözümlü otlatma insidansı saçılma (SERGIS) kullanımında ilerleme kaydedildi. [6,6]-fenil-C61-bütirik asit metil ester kristalitleri SERGIS tekniği ve optik ve atomik kuvvet mikroskopisi ile doğrulanan sonuçlar kullanılarak araştırıldı.

Nötron Spin Echo'nun Kullanılması, Organik Güneş Hücresi Malzemelerini Araştırmak İçin Otlatma İnsidansını Dağıtmayı Çözdü

Önceden ayarlanmış doğrusal olmayan polarizasyon dönüşlü fiber lazerde mod kilitlemeyi algılamak ve otomatikleştirmek için bir protokol sunulmaktadır. Mod kilitleme meydana geldiğinde çıkış polarizasyon durumundaki ani bir değişikliğin algılanması, mod kilitleme koşullarını bulmak için bir boşluk içi polarizasyon kontrolörünün hizalanmasını komut vermek için kullanılır.

Çıktı Polarizasyon Ölçümler aracılığıyla Doğrusal Olmayan Polarizasyon Rotasyon Fiber Lazer Mod Kilitleme Otomasyonu

El yazması, hem lazerle sınırlı çözünürlük hem de fotolüminesans (PL) spektroskopisini içeren fonon destekli yarı rezonans floresan spektroskopisi yöntemini açıklar. Bu yöntem, enerji alanındaki atom benzeri yarı iletken yapıların çizgi genişliği sınırlı çözünürlük spektrumlarını sağlamak için optik fononları kullanır. Yöntem ayrıca tek bir spektrometre optik spektroskopi kurulumu ile kolayca gerçekleştirilir.

Yüksek Çözünürlüklü Fonon destekli Yarı-rezonans Floresans Spektroskopisi

Yüksek çözünürlüklü bir Coulomb patlama görüntüleme kurulumu kullanarak bir moleküler dönme dalga paketinin gerçek zamanlı bir filmini oluşturmak için bir protokol sunuyoruz.

Lazer güdümlü Ultrafast Moleküler Rotasyon Doğrudan Görüntüleme

Bu iletişim kuralı için uyarma belirlenmesi ve oranları Bloch benzeri yüzey plasmon polaritons periyodik diziler doğan arasındaki ışık yayıcılar kaplin araçları açıklar.

Uyarma ve oranları arasında ışık Emitters ve yüzey Plasmon Polaritons kaplin belirlenmesi

Burada, bir protokol photoelectron görüntüleme anyonik türler için mevcut. Buna vacuo oluşturulan ve kütle spektrometresi tarafından ayrılmış anyon Imaging, anyon ve nötr enerji düzeyleri, anyon ve tarafsız yapı ayrıntılarını ve anyon elektronik devlet niteliğini veren eşlenen hız photoelectron kullanarak probed.

F− 310 Nm dekolmanı tarafından resimli anyon photoelectron görüntüleme

Oluşturulan dolaşık fotonların deneysel sadakatini tahmin etmek için bir algılama şeması ile birden fazla kuantum girişim etkilerine dayanan koşulsuz polarizasyon-dolaşık fotonların üretimi için bir optik sistem tanımlıyoruz.

Çoklu Kuantum Girişimine Dayalı Koşulsuz Polarizasyon-Dolaşık FotonLar Üretmek için Fotonik Sistem

Fotonik bant yapısı, sınırlı elektromanyetik modların fotonik kristal içinde nasıl yayDığını anlamanızı sağlar. Manyetik elementleri içeren fotonik kristallerde, bu tür sınırlı ve rezonanslı optik modlara gelişmiş ve modifiye edilmiş manyeto-optik aktivite eşlik eder. Fourier uzay mikroskobu ile manyeto-optik bant yapısını çıkarmak için bir ölçüm prosedürü tanımladık.

Fotonik Nanoyapıların Spektral ve Açı Çözümlü Manyeto-Optik Karakterizasyonu

Burada sunulan bir iyon kapanı içinde 25Mg+ iyonları soğutulmuş Doppler tarafından yayılan floresan sayıları maksimize ederek vakum pencerelerin birefringence ölçmek için bir yöntemdir. Vakum pencerelerin birefringence dış dalga plakaları azimuthal açıları değiştirerek telafi edilebilir lazer, polarizasyon durumları değişecektir.

25Mg+ Floresan Kullanılarak Vakum Pencere Birefringence Yerinde Ölçümü

Bu makale, polarizasyona duyarlı iki foton mikroskobunun etiketsiz amiloid üst yapıları-sferülitler içindeki yerel organizasyonu karakterize etmek için nasıl uygulanabileceğini açıklamaktadır. Ayrıca, numunenin nasıl hazırlanacağını ve ölçüleceğini, gerekli kurulumun nasıl bir araya getirileceğini ve amiloid fibrillerin yerel organizasyonu hakkında bilgi edinmek için verilerin nasıl analiz edileceğini açıklar.

Etiketsiz amiloid yapısal karakterizasyonu için polarizasyona duyarlı iki foton mikroskobu

Öğrenin, polarizasyon değişkenli 7 eV lazer ile SARPES kullanarak katı haldeki spin-yörünge kuplaj etkilerini görselleştirmeyi. Bu yöntem elektron spin yapılarının hassas belirlenmesini sağlar.

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

Daha fazla video keşfet