분극 변수 레이저와 함께 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학 실험 방법
Summary
여기, 우리 기술로 회전 및 각도 해결 광전자 방출 고체 상태에서 스핀-궤도 결합 효과 시각화 하 분극 변수 7 eV 레이저를 결합 한다.
Abstract
이 프로토콜의 목표 회전 및 각도 해결 광전자 방출 분광학 분극 변수 7 eV 레이저 (레이저-SARPES)와 함께 수행 하는 방법을 제시 하 고 고체 물리학을 공부에 대 한이 기술의 힘을 보여주는 것입니다. 레이저 SARPES는 두 개의 큰 기능을 달성 한다. 첫째, 선형 편광 된 레이저의 궤도 선택 규칙을 검사 하 여 궤도 선택적 여기 수 실시 SAPRES 실험. 둘째, 기술은 빛 분극의 기능으로 스핀 양자 축 변형의 전체 정보를 표시할 수 있습니다. 레이저 SARPES에서 이러한 기능의 협업의 힘을 보여, 우리는 Bi2Se3의 표면 상태를 스핀-궤도 결합의 수사를 위해이 기술을 적용. 이 기술은 스핀-궤도 결합 wavefunctions에서 스핀과 궤도 구성 요소 분해을 준다. 또한, 직접 스핀 탐지를 사용 하 여의 대표적인 장점은 편광 변수 레이저와 함께 collaborated, 기술은 스핀 양자 축 3 차원에서의 빛 분극 의존 명확 하 게 시각화. 레이저 SARPES는 극적으로 광전자 방출 기술의 능력을 증가 시킵니다.
Introduction
고체 상태1에 quasiparticle 밴드 구조를 조사 하는 가장 강력한 도구 중 하나에 각도 해결 광전자 방출 분광학 (ARPES) 기술을 개발 했다. ARPES의 매력적인 특징의 대부분은 에너지와 운동량 공간에서 전자 상태 특성 밴드 매핑 위한 기능입니다. 스핀 해결 ARPES (SARPES), 여기 스핀-감지기, 예를 갖추고 있습니다. 더 모트 탐지기2,3, 관찰된 밴드 구조4의 스핀 문자를 해결 하기 위해 수 있습니다. 모트 검출기는 두 개의 축 (x 와 z또는 y 및 z)와 스핀을 측정할 수 있습니다., 더 두 모트 감지기의 조합을 하나의 3 차원4,5의 스핀 방향을 얻을 수 있습니다. . 그러나 십년 동안,, SARPES 실험은 그들의 낮은 효율 (일반적으로 1/10000 스핀 통합 ARPES 측정에 비해)에서 고통을 했다3,,45,6 ,7, 에너지와 각도 해상도 제한 했다. 최근, SARPES의 에너지 분해능 exchange 산란, 소위 매우 낮은 에너지 전자 회절 (VLEED) 검출기7,8,9에 따라 높은 효율적인 회전 검출기로 증가 되었습니다. ,10. 이 검출기, 데이터 품질을 크게 향상 되었습니다와 데이터 수집 시간이 단축 되었습니다. 최근, SARPES 스핀 편광 전자 상태 및 특히 스핀-궤도 결합 효과 표면 밴드7의 회전 질감에 결과 해결 하기 위해 크게 성공 했습니다.
여기, 우리 SARPES 고용 양극 화 변수 진공 자외선 측정 레이저 광 (레이저-SARPES)와 입증이 결합 된 기술의 큰 장점. Bi2Se3스핀-궤도 결합 표면 상태에 조사를 통해 우리는 레이저 SARPES의 두 가지 기능을 제시. 첫째, 쌍 극 자 전이 정권, p-, s에 선형 편광 된 레이저의 궤도 선택 규칙 때문-편광된 빛 선택적으로 다른 궤도 대칭 아이겐 wavefunctions의 부분을 자극. 이러한 궤도 선택적 여기는 그로 인하여 SARPES, 즉, 궤도 선택적 SARPES. 둘째, SARPES에서 3 차원 (3D) 스핀-탐지 스핀 양자 축 방향을 표시 하 고 직접 빛 분극 의존의 전체 정보를 표시 합니다. 이 프로토콜에 우리는 잠시이 최신의 레이저-SARPES 기술을 강한 스핀-궤도 결합 효과 연구를 수행 하는 방법을 설명 합니다.
우리의 레이저-SARPES 시스템은 고체 상태 물리학, 도쿄 대학11을 위한 연구소. 우리의 레이저 SAPRES 기계의 도식 적인 그림은 그림 1에 표시 됩니다. 분극 변수 7 eV 레이저 빛12 샘플 표면 조명 하 고는 photoelectrons 샘플에서 방출 된다. 레이저의 편광 자동으로 MgF2-기반으로 λ/2-와 λ/4-waveplates 선택 사용 하 여 선형 및 원형 분극에 의해 제어 됩니다. 반구형 전자 분석기는 photoelectrons를 해결 하 고 그들의 운동 에너지 (E친척) 및 방출 각도 (θx θy)을 분석 합니다. 광전자 농도 E킨-CCD 카메라에 의해 감시 하는θx 화면에 매핑됩니다. 이 이미지 직접 상호 공간에서 에너지 밴드 구조에 변형 된다.
SARPES 측정을 위해 특정 방출 각도와 운동 에너지는 전자 분석기에 의해 분석 photoelectrons 90도 광전자 디플렉터와 두 개의 VLEED 형 스핀 감지기를 유도 하 고 광전자 빔 2에 초점을 맞추고 있다 Fe(001)-p(1 × 1) 영화 산소에 의해 종료의 다른 목표 대상에 의해 반영 photoelectrons 각 회전 검출기에 배치 하는 channeltron를 사용 하 여 단일 채널 검색에서 검색 됩니다. VLEED 목표는 서로 관하여 직각 형상으로 배열 되는 헬름홀츠 형 전기 코일으로 자성 수 있습니다. 자화 방향 바이 폴라 콘덴서 뱅크에 의해 제어 됩니다. 이중 VLEED 회전 검출기 함으로써 3 차원에 광전자의 스핀 분극 벡터 분석을 사용 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
ARPES 및 SARPES 기술 전자 밴드 구조 스핀-검색1,2및 밴드 매핑을 통해 공부에 대 한 일반적으로 사용 되었습니다. 이러한 일반적인 장점 위에 표시 된, 뿐만 아니라 레이저-SARPES 광 쌍 극 자 여기에 궤도 선택 규칙에 따라 시각화 하는 wavefunction 및 양자 스핀 간섭에 스핀-궤도 결합 효과 대 한 새로운 기술로 채택 될 수 있다 . 레이저의 편광 waveplates p-…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
M. 나카야마, S. Toyohisa, A. 후쿠시마 감사 하 고 대 한 영 이시다 실험적인 체제를 지원 합니다. 우리는 기꺼이 자금 JSP Grantin-원조에서 프로젝트 번호 26287061를 통해 과학적 연구 (B)를 위한 대 한 젊은 과학자 (B) 프로젝트 번호를 통해 인정 15 K 17675. 이 작품 또한 일본의 문 부 과학성 (혁신적인 지역 “토폴로지 재료 과학,” 부여 번호 16 H 00979) 및 JSP KAKENHI (보조금 번호 16 H 02209)에 의해 지원 되었다
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 |
Referências
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