Angle-Photoemissionsspektroskopie Bei extrem niedrigen Temperaturen

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die niederenergetische elektronische Struktur von Festkörpern bei ultratiefen Temperaturen mit Hilfe der winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie oder arrp pez mit Synchrotronstrahlung zu bestimmen. In der Ultrahochvakuumkammer, die an der Strahllinie befestigt ist, wird ein Einkristall des untersuchten Materials gespalten, wodurch in einem zweiten Schritt eine atomar saubere Oberfläche freigelegt wird. Die Probe wird unter ein Kelvin gekühlt, was eine minimale Temperaturverbreiterung und die Nähe zum Grundzustand des Materials gewährleistet.

Als nächstes wird die Intensität der Photoemission in Abhängigkeit von Neigung, Winkel und Energie sowie statischer Geometrie aufgezeichnet. Durch Drehen der Probe können Informationen aus einem großen Teil des Impulsenergieraums gesammelt werden, der benötigt wird, um die Festigungsoberflächenkarte und die Dispersionen nahe dem festen Niveau zu erhalten. Es werden Ergebnisse erhalten, die zeigen, dass die niederenergetische elektronische Struktur komplexer Materialien mit bisher unerreichter Klarheit und Auflösung bestimmt werden kann. Die Verwendung des Helium-Drei-Kryo-Manipulators und des Synchrotron-basierten Arrp-e-Winkelergebnisses für die Emissionsspektroskopie ist eine Technik, die auf einem einfachen photoelektrischen Effekt basiert, der vor mehr als einem Jahrhundert entdeckt und erklärt wurde.

Wir verwenden diese Technik heute, um die elektronische Struktur von Festkörpern mit einer sehr hohen Präzision zu bestimmen. In unserem Ansatz. Wir nutzen drei neueste Errungenschaften aus den Bereichen Synchrotronstrahlung, Oberflächenwissenschaften und Kryotechnik.

Wir verwenden abstimmbare Exsudationsfotobilder, die mit Sicherheit ein Millielektron Walt beitrugen. Wir detektieren die kinetische Energie unserer Photoelektronen mit einer Unsicherheit von einem Millielektron Walt, und was ist wichtiger? Wir verwenden Helium-Drei-Kryostaten, die es ermöglichen, die Temperatur unserer Proben unter einer Säule zu halten.

Wegen dieser drei nennen wir unser System einen Würfel, wir verwenden einen speziell entwickelten Helium-Drei-Kryostaten, der einen freien Zugang für das einfallende Licht und die austretenden Elektronen bietet. Das Design unseres Systems macht es zum leistungsstärksten der Welt. Tatsächlich. Mit diesem System ist es möglich, eine Oberfläche an einer Säule durch das Raumtemperaturfenster zu sehen.

Mit dieser Technik und diesem Aufbau können wir zentrale Fragen im Bereich der elektronischen Systeme beantworten. Insbesondere für die Supraleitung können wir die Struktur des anderen Parameters bestimmen, um herauszufinden, was das Phänomen antreibt. Dieses Experiment nutzt die Synchrotronstrahlung, die vom Bessie-Speicherring des Steuerwerks, dem Holt Centrum Berlin, erzeugt wird.

Die Photonen wandern über eine Beamline zu unserer Endstation, wo eine Probe montiert wird. Beginnen Sie mit einem Einkristall des hier zu untersuchenden Materials. STR-Urinat verwendet Epoxidharz auf Silberbasis, um die Probe auf den Probenhalter zu kleben.

Das Epoxidharz auf Silberbasis sorgt für einen guten thermischen und elektrischen Kontaktkleber. Ein Aluminium-Toppfosten an der Oberfläche des Einkristalls. Der obere Pfosten wird verwendet, um die Probe im Ultrahochvakuum zu spalten, um eine anatomisch saubere Oberflächenhalterung freizulegen, der Probenhalter in der Lastschleuse beginnt mit der Evakuierung der Lastschleuse, um die Kontamination der Ultrahochvakuumkammer zu minimieren.

Überwachen Sie den Druck. Sobald ein Druck von etwa 10 bis minus acht Millibar erreicht ist, wird die Baugruppe in die Vorbereitungskammer und anschließend in die Hauptkammer überführt. Der kalte Finger und der Probenhalter wurden speziell entwickelt, um den bestmöglichen thermischen Kontakt mit dem Heliumtopf zu gewährleisten.

Diese Demonstrationsversionen zeigen, wie dies erreicht wird, indem konische Flächen verwendet werden, um die Kontaktfläche zu vergrößern. Die konischen Flächen werden gegeneinander gedrückt und der Probenhalter und der kalte Finger werden mit einer Titanschraube fest fixiert. Das Transfersystem wurde so konzipiert, dass der thermische Kontakt mit der Baugruppe minimiert wird, wie in dieser Demonstrationseinheit zu sehen ist.

Dies wird durch die Verwendung eines dünnen Titanrohrs mit mehreren Öffnungen als Haupttragelement der Baugruppe erreicht. Am Ende des Transferarms wird ein federbetätigter Schraubendreher im Inneren der Baugruppe verwendet, um die Winkelposition der Probe einzustellen. Der nächste Schritt besteht darin, die Probe innerhalb des kalten Fingers mit Hilfe des Transferarms entlang des Asmuts auszurichten.

Fixieren Sie die Position der Probe, indem Sie die Mutter festziehen, während Sie eine Gegenkraft ausüben, wobei der Stützarm an der gegenüberliegenden Seite der Kammer befestigt ist. Die Probe wird gespalten, indem der Manipulator nach oben bewegt wird, so dass der obere Pfosten durch Wechselwirkung mit dem Stützarm entfernt wird. Bewegen Sie die Probe bei geschlossenem Strahlverschluss mit dem Manipulator in Position in der Strahllinie.

Sobald die Probe an Ort und Stelle ist, stellen Sie sicher, dass die Kryo-Schilde richtig geschlossen sind. Beginnen Sie mit dem Pumpen des Ein-Kelvin-Topfes und zirkulieren Sie das Helium-Drei-Gas, um die Probe auf die Basistemperatur abzukühlen. Öffnen Sie den Strahlverschluss der Strahllinie.

Mit den Mikrometerschrauben am Gerät stellen Sie die Position der Probe so ein, dass sie sich im Fokus der Analysatorlinse befindet. Diese Anpassung ist entscheidend. Sobald die Einrichtung abgeschlossen ist, wechseln Sie in den winkelaufgelösten Modus des Analysators und zeichnen Sie das Spektrum im Sweep-Modus auf.

Dadurch werden Daten für zweidimensionale Energiewinkeldiagramme generiert. Führen Sie mit den Daten eine Fury-Oberflächenkarte durch. Wählen Sie Polarwinkel aus, die festen Bahnübergängen entsprechen.

Für die Untersuchung der supraleitenden Lücke des Schichturinats werden hochauflösende Spektren bei den gewählten Polarwinkeln oberhalb und unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur der Schicht urinieren, um das Verhalten der supraleitenden Lücke zu untersuchen. Hier ist die Intensität des Photoelektronen in Abhängigkeit von Neigungswinkel und Energie dargestellt. Für eine Probe von Zirkonium drei Tellurid.

Vergleichen Sie dies mit der theoretischen Bandstrukturberechnung für das gleiche Material. Ein Standardtest für die Energieauflösung besteht darin, die volle Breite bei halbem Maximum des Gaußschen Wertes zu messen, der, wenn er mit der Stufenfunktion gefaltet wird, die feste Kante beschreibt. Die Gaußsche volle Breite bei halber maximal genutzter Passform.

Diese Daten für frisch verdampftes Indium liegen in der Größenordnung von zwei Millielektronenvol. Hier ist ein Diagramm der Energieverteilungskurve in einer supraleitenden Probe von Lithium-Ionen-Arsenid, die mit dem System entnommen wurde. Ein weiteres Beispiel für die Auflösung, die hier erreicht werden kann, ist die Impulsverteilungskurve auf dem Festigungsniveau von Zirkonium-3-Tellurid.

Die erwartete Gesamtenergieauflösung des Systems wird durch die hier gezeigte Formel ausgedrückt. Die tatsächliche Performance liegt sehr nahe an diesem Ziel. Auf der linken Seite ist ein typisches Spektrum zu sehen, das zur Untersuchung der supraleitenden Lücke des Stratum Brunat für T gleich 970 Millikelvin aufgenommen wurde.

Der Pfeil zeigt den Impuls an, der der Energieverteilungskurve auf der rechten Seite entspricht. Das Bild rechts zeigt die Verschiebung der Vorderkante der integrierten Energieverteilungskurve für eine Probe von str und Urinat über und unter der supraleitenden Sprungtemperatur. Das für die Berechnung verwendete Spektrum ist links dargestellt.

Das Momentum-Fenster wird durch die Breite des roten Pfeils angezeigt. Die Lücke entspricht als weiteres Beispiel einem Punkt der festigenden Oberfläche auf dem Band in der Nähe der Diagonale der Brill-Wandzone. Hier ist die Verschiebung der Energieverteilungskurve in Abhängigkeit von der Temperatur von einem anderen Punkt auf der firmi-Oberfläche des Stuts.

Schließlich ermöglicht das System die Messung des typischen Temperaturverhaltens der Bindungsenergie der Eintrittskante in der Nähe der Kreuzung zweier Fury-Oberflächen. Einmal gemeistert, kann diese Technik innerhalb von acht Stunden durchgeführt werden, wenn alles richtig ausgeführt wird. Das ist innerhalb einer Schicht einer typischen syn-Zonenoperation.

Bei diesem Verfahren ist es sehr wichtig, alle beschriebenen Schritte mit einem hohen Maß an Vorsichtsmaßnahmen zu befolgen und die Probe während des Probentransfers zu entnehmen. Eine erfolglose Spaltung aufgrund einer schlechten Probenvorbereitung oder einfach nur schlechter Einstellungen kann zum Scheitern des gesamten Experiments führen. Diese Technik liefert Informationen über die elektronische Struktur eines Festkörpers oder eines Inana-Objekts.

Mit der neuen Genauigkeitsstufe haben wir Zugriff auf die festen Oberflächenkarten, die Biegedispersion und den Vergleich mit diesen Daten, mit den EB-Biegestrukturberechnungen können wir die Bandbreitenrandomisierung oder Geschwindigkeitsnormalisierung bestimmen. So können wir über die Komplexität der Materialien in Bezug auf die Zusammenhänge urteilen. Definierte Strukturen in der Nähe des festen Niveaus ermöglichen es, die Fingerabdrücke der Wechselwirkung zwischen den Elektronen und anderen Freiheitsgraden wie Phononen, Plasmin oder Magneten zu detektieren.

Mit Hilfe der systematischen impulsabhängigen Studie kann man die Abhängigkeit der supraleitenden Lücke als Funktion des Impulses sehen. Auf diese Weise erhalten Sie Informationen über alle Parameter, ihre Symmetrie und Struktur. Dieses Experiment kann sowohl den ultimativen Test für die bestehenden Theorien darstellen als auch neue Forschungswege anregen.