角分辨光电子能谱技术及其应用进展

角分辨光电子能谱 (ARPES)是研究晶体表面电子结构 ,如能带 ,费米面 ,以及多体相互作用的重要工具。本文概述了光电子激发的一般过程和单粒子近似下的理论模型。详细讨论了角分辨光电子能谱的能带勾画 (EnergyBandMapping)和费米面成像 (FermiSurfaceMapping)技术 ,以及高分辨下的角分辨光电子能谱在强相关体系研究中的应用。文章最后简单介绍了当前角分辨光电子能谱研究的新进展 ,如研究宽禁带半导体材料的表面电子结构 ,有机功能材料与金属的界面 ,金属超薄膜中的量子阱态 ,以及高温超导机理研究等     

角分辨光电子能谱技术及其应用进展

角分辨光电子能谱（ARPES）是研究晶体表面电子结构,如能带,费米面,以及多体相互作用的重要工具。本文概述了光电子激发的一般过程和单粒子近似下的理论模型。详细讨论了角分辨光电子能谱的能带勾画（Energy Band Mapping）和费米面成像（Fermi Surface Mapping）技术,以及高分辨下的角分辨光电子能谱在强相关体系研究中的应用。文章最后简单介绍了当前角分辨光电子能谱研究的新进展,如研究宽禁带半导体材料的表面电子结构,有机功能材料与金属的界面,金属超薄膜中的量子阱态,以及高温超导机理研究等。     

GaN(0001)表面的电子结构研究

报道了纤锌矿WZ(wurtzite)GaN(0001)表面的电子结构研究.采用全势线性缀加平面波方法计算得到了GaN分波态密度,与以前实验结果一致.讨论了Ga3d对GaN电子结构的影响.利用同步辐射角分辨光电子能谱技术研究了价带电子结构.通过改变光子能量的垂直出射谱勾画沿ΓA方向的体能带结构,与计算得到的能带结构符合得较好.根据沿ΓK和ΓM方向的非垂直出射谱,确定了两个表面态的能带色散 关键词： GaN 角分辨光电发射 全势线性缀加平面波 电子结构     

1T-NbSeTe电子结构的角分辨光电子能谱

过渡金属二硫族化物因其广泛存在超导、电荷密度波等新奇的物理现象成为了近些年来凝聚态物理研究中的一大热点,同时这也为研究超导和电荷密度波等电子序之间的相互作用提供了典型的材料体系.本文利用角分辨光电子能谱对1T结构的NbSeTe单晶进行系统的研究,揭示了其电子结构.沿高对称方向的能带测量发现, 1T-NbSeTe布里渊区M点附近存在一个范霍夫奇点,能量位于费米能以下约250 meV处.对能带色散的仔细分析发现该体系中没有明显电子-玻色子(声子)耦合带来的能带扭折.基于上述实验结果,对过渡金属二硫族化物中电荷密度波和超导的产生以及1T-NbSeTe中电荷密度波和超导被抑制的可能原因进行了讨论.     

C60单晶价带色散的同步辐射光电子谱研究

测量了C₆₀单晶(111)解理面法向发射的角分辨光电子谱.利用同步辐射光源研究了对应于分子轨道HOMO及HOMO-1的能带的色散关系.实验观察到HOMO和HOMO-1能带在Γ—L方向存在明显的色散,最大色散分别为027eV和042eV.色散曲线与理论电子结构基本符合. 关键词：     

高温超导体角分辨光电子能谱研究及新进展

本文较详细地评述了高温超导体角分辨光电子能谱研究的所有主要方面的成就及最新进展。所涉及的主题有：角分辨光电子能谱基础知识,费米面的角分辨光电子能谱研究,超导能隙及对称性研究,赝能隙问题的角分辨光电子能谱研究,高温超导体的角分辨光电子能谱谱线形分析,近节点区域准粒子的色散行为,双层能带劈裂。所涉及的材料不仅有最广泛研究的Bi2212,还包括Bi2201,Bi2223,La-214,Y-123乃至电子型掺杂的超导体。所引用的文献特别注意了从新一代高能量、动量分辨的能量分析器得到的系统、深入的工作。     

高温超导体角分辨光电子能谱研究及新进展

本文较详细地评述了高温超导体角分辨光电子能谱研究的所有主要方面的成就及最新进展。所涉及的主题有:角分辨光电子能谱基础知识,费米面的角分辨光电子能谱研究,超导能隙及对称性研究,赝能隙问题的角分辨光电子能谱研究,高温超导体的角分辨光电子能谱谱线形分析,近节点区域准粒子的色散行为,双层能带劈裂。所涉及的材料不仅有最广泛研究的Bi2212,还包括Bi2201,Bi2223,La＿214,Y 123乃至电子型掺杂的超导体。所引用的文献特别注意了从新一代高能量、动量分辨的能量分析器得到的系统、深入的工作。     

重费米子化合物 CemMnIn3m+2n(m = 1, 2, 3; n = 0, 1, 2; M = Co,Rh,Ir,Pt 及Pd) 的角分辨光电子能谱研究

重费米子材料以其新奇多变的宏观性质,复杂而难以理解的微观物理过程而受到广泛的关注,长期是凝聚态物理研究的重点。角分辨光电子能谱作为一种能够直接探测材料电子结构的实验手段,随着近年来实验技术的高度发展,能量和动量分辨率得到了极大的提高,能够有力地探测到强关联材料中更加精细的电子结构。使用角分辨光电子能谱探测重费米子材料的电子结构,为理解其各种物理过程提供强有力的实验证据,进而推进重费米子理论的发展。本文回顾 Ce 基重费米子材料 CemMnIn3m+2n (m = 1; 2; 3;n = 0; 1; 2;M =Co, Rh, Ir, Pt, Pd) 系列化合物的角分辨光电子能谱研究,包括电子结构的维度、近藤共振、f 电子与导带电子的杂化和电子结构随温度的变化等。     

用角分辨紫外光电子能谱研究GaP的能带结构

本文利用Hel紫外线作为激发源,测量了GaP(Ⅲ)面的角分辨紫外光电子能谱,通过详细的数据分析,解释了谱中观察到的各光电子峰。实验测得的体电子能带结构特征与理论符合较好。 关键词：     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

拓扑材料γ-PtBi2的变温晶体结构研究

利用X射线衍射（XRD）、角分辨光电子能谱（ARPES）和能带计算的方法研究了不同温度下γ-PtBi₂的晶体结构。利用单晶XRD确定了室温下晶体的结构为P31m。为了确定低温时样品的晶体结构,用ARPES测得了样品的电子结构并与计算结果进行了对比,结果显示样品的结构与P31m相吻合,这表明在低温时样品依然保持P31m结构。进一步的高温XRD研究表明,在高温时样品的晶体结构仍为P31m结构。     

同步辐射角积分光电子能谱实验及数据的归一化和处理

实验研究凝聚态物质及薄膜电子结构的方法中,光电子能谱实验方法是一个重要的手段之一.光电子能谱实验数据的获取并对其进行适当的数据处理是获得所研究物质电子结构方面的本征信息所必不可少的过程.本文讨论角积分条件的光电子能谱实验模式和在能量分布曲线模式下获得的同步光光电子能谱实验数据的进一步处理问题.     

Co/Cu(111)薄膜生长和退火过程中的扩散

利用同步辐射角分辨光电子能谱和俄歇电子能谱研究了CoCu(111)分子束外延薄膜在生长和退火过程中的电子结构.实验发现:随着Co膜厚度的增加,Cu的sdz2杂化带能级位移相应增大,证实了界面间发生了互混;退火过程中存在表面扩散,而非通过界面的体扩散.并把这两种不同过程的扩散的内在动力归结为Co的表面自由能显著大于Cu的表面自由能 关键词： 表面扩散和界面混合物形成 固体表面能 表面态和能带结构     

高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

超导是一种奇异的宏观量子现象.100多年来,已发现的超导体主要分为两类:以金属或者合金为代表的常规超导体以及以铜氧化物和铁基高温超导体为代表的非常规超导体.常规超导体的超导机理能被BCS超导理论完美解释,但高温超导体的超导机理至今仍未达成共识,已经成为凝聚态物理领域中长期争论且充满挑战的重大科学问题.从实验上揭示非常规超导材料的微观电子结构,是理解其奇异正常态和超导电性机理、建立新理论的前提和基础.角分辨光电子能谱技术,由于可以实现对材料中电子的能量、动量和自旋的直接测量,在高温超导研究中发挥了重要的作用.本文综述了我们利用角分辨光电子能谱技术在铜氧化物和铁基高温超导体电子结构和超导机理研究中取得的一些进展,主要包括母体的电子结构、正常态的非费米液体行为、超导态的能带和超导能隙结构以及多体相互作用等.这些结果为理解铜氧化物和铁基高温超导体的物性及超导机理提供了重要的信息.     

铜氧化物超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ 多体相互作用的超高能量分辨和时间分辨 角分辨光电子能谱研究

自发现30 多年来,铜氧化物的高温超导机理仍未得到解释。传统超导电性起源于电 子–声子相互作用形成的电子配对,研究传统超导体中的多体相互作用为BCS 理论提供了有 力的证据。目前已证实铜氧化物高温超导体中存在着电子配对,但是引起配对的机制仍不清 楚。因此,对铜氧化物高温超导体中的多体相互作用研究是揭示高温超导机理的关键。角分辨 光电子能谱是研究固体电子结构最直接的技术手段,随着其分辨率的不断提升,在研究高温超 导体的多体相互作用中日益发挥重要的作用。近年来兴起的时间分辨角分辨光电子能谱在常规 角分辨光电子能谱的基础上增加了独特的时间维度,从而成为研究多体相互作用动力学的有力 手段。本文详细地介绍了我们利用超高能量分辨和时间分辨角分辨光电子能谱在铜氧化物超导 体Bi2Sr2CaCu2O8+δ 中多体相互作用的研究,包括在节点区域、反节点区域扭折的研究,多体 相互作用的动量依赖关系,配对电子自能的提取以及库珀对在激光泵浦下的受激辐射现象。     

Ag(110)表面吸附酞菁铜分子的紫外光电子谱研究

用紫外光电子能谱(UPS)研究了酞菁铜分子在Ag(110)单晶表面上的吸附，随着酞菁铜分子覆盖度增加，衬底Ag的3d电子信号逐渐减弱，在此能带区域出现两个新的谱峰，这两个与吸附有机分子轨道有关的谱峰的束缚能分别为4.45 和6.36 eV.随着覆盖度的增加，在结合能为1.51和9.20 eV处又出现了两个谱峰，它们同样来自吸附有机分子的轨道.随着覆盖度的继续增加，上述四个谱峰的强度逐渐增加，其能量位置均发生了明显的偏移.根据角分辨光电子能谱的实验结果，酞菁铜分子的分子平面基本与衬底表面平行.密度泛函理论计     

Ag(110)表面吸附酞菁铜分子的紫外光电子谱研究

用紫外光电子能谱(UPS)研究了酞菁铜分子在Ag(110)单晶表面上的吸附,随着酞菁铜分子覆盖度增加,衬底Ag的3d电子信号逐渐减弱,在此能带区域出现两个新的谱峰,这两个与吸附有机分子轨道有关的谱峰的束缚能分别为4.45 和6.36 eV.随着覆盖度的增加,在结合能为1.51和9.20 eV处又出现了两个谱峰,它们同样来自吸附有机分子的轨道.随着覆盖度的继续增加,上述四个谱峰的强度逐渐增加,其能量位置均发生了明显的偏移.根据角分辨光电子能谱的实验结果,酞菁铜分子的分子平面基本与衬底表面平行.密度泛函理论计 关键词： 酞菁铜 紫外光电子谱 吸附电子态 密度泛函理论     

6H-SiC（0001）-6[KF（]3[KF）]×6[KF（]3[KF）]R30°重构表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱（SRARPES）对6H-SiC（0001）-6[KF（]3[KF）]×6[KF（]3[KF）] R30°重构表面的电子结构和表面态进行了研究.通过鉴别价带谱中来自于体态的信息,可以推断出重构表面的费米能级位于体态价带顶之上（2.1±0.1）eV处.实验测出的体能带结构与理论计算的结果较为符合.在重构表面上发现三个表面态,分别位于结合能-0.48 eV（S₀）,-1.62 eV（S₁）和-4. 关键词： 角分辨光电子能谱 碳化硅（SiC） 电子结构 表面态     

铜氧化物高温超导体的角分辨光电子能谱研究

由于能量和动量分辨率以及实验效率的大幅度提高，角分辨光电子能谱在过去的20年取得了革命性的进展，成为当今凝聚态物理最重要的实验手段之一．文章综述了20年来角分辨光电子能谱在高温超导领域所取得的研究成果，并通过6个例子来阐明如何利用角分辨光电子能谱来理解铜氧化物超导体丰富的相图，以及对应的多体物理现象．     

用角分辨光电子能谱研究Co/Cu(111)外延超薄膜的电子结构

利用同步辐射角分辨光电子能谱研究了分子束外延生长的Co/Cu(111)超薄膜电子结构的变化.Cu(111)的位于表面布里渊区Γ点的表面态在覆盖度为两单层时仍然可以分辨,说明薄膜生长模式不是二维层状生长.在一单层和二单层时,动量沿Cu体布里渊区ΓΛL方向变化,Co的最明显的峰包有能量色散.在覆盖度从一单层到两单层的变化过程中,固定光子能量测谱发现Co的能带的能量调整.实验测得的Co膜的电子结构与已有理论计算的结果对比,初步确定Co原子在生长初期阶段为两层岛生长,而且在一单层时已经具有铁磁性.