طرق تجريبية للدوران وزاوية حل فوتوميشن التحليل الطيفي جنبا إلى جنب مع الليزر الاستقطاب-متغير
Summary
هنا، نجمع بين متغير الاستقطاب 7-eV الليزر مع الدوران وزاوية حل فوتوميشن تقنية لتصور أثر اقتران المداري تدور في الولايات الصلبة.
Abstract
والهدف من هذا البروتوكول هو كيفية تنفيذ الدوران وزاوية حل فوتوميشن التحليل الطيفي جنبا إلى جنب مع متغير الاستقطاب 7-eV الليزر (ليزر-ساربيس)، وتبين قوة هذه التقنية لدراسة فيزياء الجوامد. الليزر-ساربيس يحقق قدرات كبيرة اثنين. أولاً، عن طريق فحص قاعدة التحديد المداري الليزر مستقطبة خطيا، الإثارة انتقائية المداري يمكن القيام في تجربة سبريس. وثانيا، يمكن أن تظهر التقنية المعلومات الكاملة للاختلاف من محور دوران الكم كدالة لاستقطاب الضوء. وللتدليل على قوة التعاون بين هذه القدرات في ساربيس الليزر، نقوم بتطبيق هذا الأسلوب للتحقيقات في المدار تدور إلى جانب الدول السطحية بي2سي3. ويتيح هذا الأسلوب لتتحلل مكونات تدور والمداري من وافيفونكشنز إلى جانب المدار تدور. وعلاوة على ذلك، ميزة ممثل لاستخدام الكشف عن الدوران مباشرة تعاونت مع الليزر متغير الاستقطاب، يتصور التقنية لا لبس فيه الاعتماد على استقطاب الضوء لمحور الدوران الكم في ثلاثة أبعاد. الليزر-ساربيس يزيد بشكل كبير من قدرة تقنية فوتوميشن.
Introduction
تطورت تقنية التحليل الطيفي (أربيس) فوتوميشن زاوية–حل واحدة من أقوى أداة التحقيق فيها الهياكل الفرقة quasiparticle في الدول الصلبة1. أكثر ميزة جذابة من أربيس هو القدرة على تعيين الفرقة لوصف الدول الإلكترونية في الفضاء الطاقة والزخم. تدور حل أربيس (ساربيس)، وهو مجهز هنا مع زيادة ونقصان للكشف عن، على سبيل المثال. موت الكاشف2،3، كذلك تمكننا من حل الحرف تدور الهياكل الفرقة الملاحظة4. حيث يمكن قياس كاشف موت وتدور على محورين (x و z، أو y و z)، المزيج من الكشف عن موت اثنين كذلك يسمح أحد للحصول على اتجاه الدوران في ثلاثة أبعاد4،5 . لعدة عقود، ولكن التجارب ساربيس كانت تعاني من كفاءتها منخفضة (عادة 1/10000 مقارنة بقياس أربيس متكاملة تدور)3،،من45،6 ،7، التي كانت محدودة بالطاقة والقرارات الزاوي. في الآونة الأخيرة، ازداد القرار الطاقة من ساربيس مع جهاز كشف تدور عالية كفاءة استناداً إلى نثر الصرف، ما يسمى الطاقة منخفضة جداً الإلكترون الحيود (بلد) للكشف عن7،8،9 ،10. مع هذا الجهاز، نوعية البيانات قد تحسنت بشكل ملحوظ وقد تم اختصار وقت الحصول على البيانات. مؤخرا، ساربيس قد نجحت إلى حد كبير لمعالجة الاستقطاب تدور الدول الإلكترونية ولا سيما المدار تدور اقتران تأثير أدى إلى نسيج تدور من عصابات السطحية7.
وهنا، نحن نوظف ساربيس قياسات الأشعة فوق البنفسجية فراغ الاستقطاب-متغير بالليزر الضوء (الليزر-ساربيس) وإظهار المزايا الكبيرة لهذا الأسلوب مجتمعة. من خلال التحقيق في المدار تدور إلى جانب دول السطحية بي2سي3، نقدم قدرات اثنين من الليزر-ساربيس. أولاً، بسبب قاعدة الاختيار المداري الليزر مستقطبة خطيا في نظام انتقالي ثنائي القطب، p-و s-تثير مستقطبة الأضواء بشكل انتقائي جزءا من وافيفونكشنز إيغين مع التماثل المدارية المختلفة. هذه إثارة انتقائية مداري تتوفر وبالتالي في ساربيس، إلا وهي ساربيس المداري انتقائية. وثانيا، ثلاثي الأبعاد (3D) تدور الكشف في ساربيس يظهر اتجاه محور دوران الكم ومباشرة يعرض معلومات كاملة للاعتماد على استقطاب الضوء. في هذا البروتوكول، يصف لنا بإيجاز منهجية لأداء هذه تقنية الليزر-ساربيس الدولة للفنون لدراسة آثار اقتران المدار تدور قوية.
لدينا نظام الليزر-ساربيس يقع في “المعهد” “فيزياء الحالة الصلبة”، “جامعة طوكيو”11. يظهر الرسم التخطيطي لماكينة الليزر-سبريس في الشكل 1. متغير الاستقطاب 7-eV الليزر الخفيفة12 ينير سطح العينة وفوتويليكترونس تنبعث من العينة. ويسيطر استقطاب الليزر تلقائياً مجف2-أساس λ/2-و λ/4-وافيبلاتيس استخدام انتقائي الاستقطاب الخطي والتعميم. تصحيح فوتويليكترونس وهو محلل إلكترون نصف كروية، ويحلل على الطاقة الحركية (هكين) وزاوية الانبعاثات (θx و yمن θ). يتم تعيين كثافة النانومترية في هكين-الشاشةθx ترصدها كاميرا CCD. هذه الصورة مباشرة تتحول إلى هيكل الفرقة الطاقة في الفضاء المعاملة بالمثل.
لقياس ساربيس، يهتدي فوتوليكترونس بزاوية الانبعاثات المحددة وتحليلها بواسطة محلل إلكترون طاقة حركية لبلد من نوع اثنين تدور كاشفات مع منحرف النانومترية 90 درجة وعوارض النانومترية تتركز على اثنين أهداف مختلفةف(1 × 1) الأفلام Fe(001)–إنهاء بواسطة الأكسجين. يتم الكشف عن فوتوليكترونس تنعكس بالأهداف في الكشف عن قناة واحدة باستخدام تشانيلترون وضعها في كل كاشف تدور. يمكن ممغنط الأهداف بلد مع لفائف كهربائية هلمهولتز-نوع التي يتم ترتيبها مع هندسة متعامد فيما يتعلق ببعضها البعض. يتم التحكم في اتجاه المغنطة بالبنك الدولي المكثف بين القطبين. كاشفات تدور بلد مزدوجة مما سيمكننا من تحليل متجه الاستقطاب تدور من النانومترية في ثلاثة أبعاد.
Protocol
Representative Results
Discussion
استخدمت تقنيات أربيس وساربيس عادة لدراسة هياكل الفرقة الإلكترونية عن طريق تعيين الفرقة والكشف عن زيادة ونقصان1،2. وبالإضافة إلى هذه المزايا العامة المبينة أعلاه، يمكن استخدام الليزر-ساربيس استناداً إلى قاعدة التحديد المداري في الإثارة الضوئية ثنائي القط?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونشكر فوكوشيما أ. م. ناكاياما، س. تويوهيسا، ويدعم إيشيدا Y. للإعداد التجريبية. ونعترف مع الامتنان التمويل من المعونة-جرانتين JSPS للبحوث العلمية (ب) من خلال المشروع رقم 26287061 و للعلماء الشباب (ب) من خلال “مشروع رقم” 15 ك 17675. هذا العمل أيضا تدعمها JSPS كاكينهي (منحة رقم 16 ح 02209) ويأمرون اليابان (منطقة مبتكرة “طوبولوجي علوم المواد،” منح رقم 16 ح 00979)
Materials
| 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 |
References
- Damascelli, A., Hussain, Z., Shen, Z. -. X. Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors. Rev. Mod. Phys. 75 (2), 473-541 (2003).
- 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).
- Dil, J. H. Spin and angle resolved photoemission on non-magnetic low-dimensional systems. J. Phys. Condens. Matter. 21 (40), 403001 (2009).
- Hoesch, M., et al. Spin-polarized Fermi surface mapping. J. Electron Spectrosc. 124 (2), 263-279 (2002).
- 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).
- Okuda, T., Kimura, A. Spin- and angle-resolved photoemission of strongly spin-orbit coupled systems. J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2), 021002 (2013).
- Okuda, T., et al. A new spin-polarized photoemission spectrometer with very high efficiency and energy resolution. Rev. Sci. Instrum. 79 (12), 123117 (2008).
- 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).
- Okuda, T., et al. Efficient spin resolved spectroscopy observation machine at Hiroshima Synchrotron Radiation Center. Rev. Sci. Instrum. 82 (10), 103302 (2011).
- 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).
- Shimojima, T., Okazaki, K., Shin, S. Low-temperature and high-energy-resolution laser photoemission spectroscopy. J. Phys. Soc. Jpn. 84 (7), 072001 (2015).
- 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).
- Hasan, M. Z., Kane, C. L. Colloquium: Topological insulators. Rev. Mod. Phys. 82 (4), 3045-3067 (2010).
- Ando, Y. Topological insulator materials. J. Phys. Soc. Jpn. 82 (10), 102011 (2013).
- 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).
- Cao, Y., et al. Mapping the orbital wavefunction of the surface states in three-dimensional topological insulators. Nature Phys. 9 (8), 499-504 (2013).
- Zhang, H., Liu, C. -. X., Zhang, S. -. C. Spin-orbital texture in topological insulators. Phys. Rev. Lett. 111 (6), 066801 (2013).
- 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).
- Meier, F., et al. Interference of spin states in photoemission from Sb/Ag(111) surface alloys. J Phys-Condens Mat. 23 (7), 072207 (2011).
- 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).
- Yaji, K., et al. Spin-dependent quantum interference in photoemission process from spin-orbit coupled states. Nature Commun. 8, 14588 (2017).
- 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).
