Métodos experimentais para a rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de Fotoemissão combinada com Laser de polarização-variável
Summary
Aqui, nós combinamos polarização variável 7-eV do laser com rotação e ângulo-resolvido por técnica de Fotoemissão para visualizar o efeito do acoplamento spin-orbital em Estados sólidos.
Abstract
O objetivo do presente protocolo é apresentar como realizar rotação e ângulo-resolvido por espectroscopia de Fotoemissão combinada com polarização variável 7-eV laser (laser-SARPES), e demonstrar um poder dessa técnica para estudar a física do estado sólido. Laser-SARPES atinge dois grandes capacidades. Em primeiro lugar, examinando a regra de seleção orbital de lasers polarizadas linearmente, excitação seletiva orbital pode ser realizada no experimento SAPRES. Em segundo lugar, a técnica pode mostrar informações completas de uma variação do eixo de rotação quântica em função da polarização da luz. Para demonstrar o poder da colaboração destas capacidades em laser-SARPES, podemos aplicar esta técnica para as investigações de Estados de superfície órbita juntamente de Bi2Se3. Esta técnica permite decompor componentes de rotação e orbital de comprimentos a órbita acoplado. Além disso, como uma representante vantagem de usar a deteção de rotação direta colaborou com o laser de polarização variável, a técnica inequivocamente visualiza a dependência de polarização de luz do eixo de rotação quântica em três dimensões. Laser-SARPES aumenta drasticamente a capacidade da técnica de Fotoemissão.
Introduction
Técnica de espectroscopia (ARPES) Fotoemissão ângulo-resolvido se tornou uma da mais poderosa ferramenta para investigar as estruturas de banda Quasipartícula em Estados sólidos1. A maioria de característica marcante da ARPES é a capacidade para mapeamento de banda caracterizar Estados eletrônicos no espaço energia e momentum. Resolvido por rotação ARPES (SARPES), que aqui é equipado com detectores de rotação, por exemplo. Mott detector2,3, ainda mais nos permite resolver o personagem de rotação da banda observadas estruturas4. Desde que o detector de Mott pode medir o spin com dois eixos (x e z, ou y e z), a combinação dos dois detectores Mott ainda permite obter a orientação de rotação em três dimensões4,5 . Há várias décadas, no entanto, as experiências SARPES foram sofria de sua baixa eficiência (tipicamente 1/10000 comparado para medição de ARPES rotação integrada)3,4,5,6 ,7, que limitou a energia e a resolução angular. Recentemente, a resolução de energia de SARPES foi aumentada com um detector de rotação de alta eficiência com base na dispersão de troca, o so-called muito-baixa energia elétron-difração (VLEED) detector7,8,9 ,10. Com este detector, foi significativamente melhorada a qualidade de dados e o tempo de aquisição de dados foi reduzido. Recentemente, a SARPES conseguiu grandemente para resolver Estados eletrônicos spin-polarizada e particularmente órbita acoplamento efeito resulta na textura da superfície bandas7rotação.
Aqui, nós empregamos SARPES medições com uma ultravioleta de vácuo de polarização variável (laser-SARPES) a luz do laser e demonstrar as grandes vantagens desta técnica combinada. Através da investigação sobre os Estados de superfície órbita acoplado em Bi2Se3, apresentamos dois recursos do laser-SARPES. Em primeiro lugar, devido a regra de seleção orbital de lasers polarizadas linearmente em regime de transição do dipolo, p– e s-luzes polarizadas excitam seletivamente uma parte de eigen-comprimentos com simetria orbital diferente. Tal uma excitação seletiva orbital é, assim, disponível em SARPES, ou seja, SARPES orbital-seletivo. Em segundo lugar, tridimensional (3D) rotação-deteção em SARPES mostra a direção do eixo de rotação quântica e diretamente exibe informações completas da dependência luz-polarização. Neste protocolo, descrevemos brevemente uma metodologia para realizar esta técnica de estado-da-arte do laser-SARPES para estudar os efeitos de acoplamento spin-órbita forte.
Nosso sistema de laser-SARPES situa-se o Instituto de física do estado sólido, a Universidade de Tóquio,11. O desenho esquemático de nossa máquina de laser-SAPRES é mostrado na Figura 1. A luz do laser de 7-eV de polarização variável12 ilumina a superfície da amostra e os photoelectrons são emitidos a partir da amostra. A polarização do laser é controlada automaticamente por MgF2– baseado de λ/2 – e λ/4-waveplates usar seletivamente polarizações lineares e circulares. Um analisador de elétrons hemisférica corrige os photoelectrons e analisa a sua energia cinética (Eparentes) e o ângulo de emissão (θx e θy). As intensidades de fotoelétron são mapeadas no Eparentes–θx tela monitorizada por uma câmera CCD. Esta imagem é diretamente transformada na estrutura de banda de energia no espaço recíproco.
Para medição de SARPES, os photoelectrons com um ângulo de emissão específicos e analisados pelo analisador do elétron de energia cinética são guiados para dois detectores de rotação VLEED-tipo com um defletor de fotoelétron de 90 graus e os feixes de fotoelétron concentram-se em dois diferentes alvos de Fe(001) –p(1 × 1) filmes denunciados por oxigênio. Os photoelectrons refletidas pelos alvos são detectados na deteção de canal único usando um channeltron colocado em cada detector de rotação. As metas VLEED podem ser magnetizadas com bobinas de Helmholtz-tipo elétricas que estão dispostas com geometria ortogonal em relação uns aos outros. A direção de magnetização é controlada pelo banco condensador bipolar. Os detectores de duplas rotação VLEED, assim, nos permitem analisar o vetor de rotação-polarização do fotoelétron em três dimensões.
Protocol
Representative Results
Discussion
Técnicas de ARPES e SARPES têm sido comumente utilizadas para estudar estruturas banda eletrônica através do mapeamento de banda e rotação-deteção1,2. Além dessas vantagens gerais mostradas acima, com base na regra de seleção orbital na excitação de dipolo óptica laser-SARPES podem ser empregadas como uma técnica nova para poder visualizar o efeito do acoplamento spin-orbital na interferência de rotação a função de onda e quântica . Conforme …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a Nakayama M., S. Toyohisa, r. Fukushima e Y. Ishida para oferece suporte para a instalação experimental. Reconhecemos, com gratidão, financiamento de JSPS Grantin-auxílio para pesquisa científica (B) através do projeto n. º 26287061 e para jovens cientistas (B) através do projeto n. º 15K 17675. Este trabalho também foi apoiado pelo MEXT do Japão (área inovadora “topológico ciência dos materiais,” conceder n ° 16 H 00979) e JSPS KAKENHI (Grant no. 16 H 02209)
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 |
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