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。     

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．     

Bi2Sr2-xLaxCaCu2Oy体系电子结构的光电子能谱研究

Bi系铜氧化物超导体具有双Bi-O层结构,带结构理论计算显示,除Cu-O面参与金属导电外,Bi-O层的Bi6p-O2p带也穿过了费米能,对费米面有贡献.因此,有必要对Bi-O层的作用进行实验研究.本文用X-射线光电子能谱研究了Bi2Sr2-xLaxCaCu2Oy体系中La原子的占位及Bi和Cu原子的价态变化.分析表明,La主要替代了Sr位(位于Bi-O层和Cu-O层之间)的Sr,随着La的搀杂,Bi的平均价态上升,Cu的平均价态下降.     

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     

角分辨光电子能谱应用于固体物理学教学实践的探讨

角分辨光电子能谱是研究物质电子能带结构目前最先进的谱学仪器,在凝聚态物理学以及材料科学等领域的研究中占据重要地位.近年来,尽管越来越多的角分辨光电子能谱进入国内高校和科研院所,但角分辨光电子能谱价格高昂,结构复杂,因而很少将其应用于本科生教学的探索和实践.探讨了角分辨光电子能谱应用于本科生物理学教学实践的必要性和可行性,并讨论了具体的教学内容设计和实施,包括以物理学最新科研成果为课堂导入,开展材料电子能带结构的实验测试原理讲解、单晶的生长和单晶样品的展示,参观实验室和参与实验,激发本科生对物理学知识的学习热情和渴望,促使学生构筑清晰的物理学图像,提升对固体物理学知识的理解.     

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.     

铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究

铜氧化物超导体和铁基超导体是人类相继发现的两类高温超导家族,它们的高温超导机理是凝聚态物理领域中长期争论但悬而未决的重大问题.对铁基超导体广泛而深入的研究,以及与铜氧化物高温超导体的对比,对于发展新的量子固体理论、解决高温超导机理、探索新的超导体以及超导实际应用都具有重要意义.固体材料的宏观物性由其微观电子结构所决定,揭示高温超导材料的微观电子结构是理解高温超导电性的前提和基础.由于角分辨光电子能谱技术具有独特的同时对能量、动量甚至自旋的分辨能力,已成为探测材料微观电子结构的最直接、最有力的实验手段,在高温超导体的研究中发挥了重要作用.本文综述了在不同体系铁基超导体中费米面拓扑结构、超导能隙大小和对称性、轨道三维性和选择性、电子耦合模式等的揭示和发现,为甄别和提出铁基超导新理论、解决高温超导机理问题提供重要依据.     

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。     

水分子F态超快动力学：时间分辨光电子能谱研究

本文利用双光子激发和时间分辨的光电子成像技术研究了水分子■态的超快动力学.这是首次对水分子■态进行时间分辨的实验研究.水(重水)分子■和■态的寿命分别为1.0±0.3(1.9±0.4)和10±3(30±10)皮秒.我们提出■态主要通过非绝热耦合内转换到■态,而■态通过科里奥利相互作用耦合到■态.     

High energy dispersion relations for the high temperature Bi2Sr2CaCu2O8 superconductor from laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy

Laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy measurements have been carried out on the high energy electron dynamics in Bi2Sr2CaCu2O8 high temperature superconductor. Our superhigh resolution data, momentum-dependent measurements, and complete analysis provide important information to judge the nature of the high energy dispersion and kink. Our results rule out the possibility that the high energy dispersion from the momentum distribution curve (MDC) may represent the true bare band as believed in previous studies. We also rule out the possibility that the high energy kink represents electron coupling with some high energy modes as proposed before. Through detailed MDC and energy distribution curve analyses, we propose that the high energy MDC dispersion may not represent intrinsic band structure.     

Identification of a new form of electron coupling in the Bi2Sr2CaCu2O8 superconductor by laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy

Laser-based angle-resolved photoemission measurements with superhigh resolution have been carried out on an optimally doped Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8) high temperature superconductor. New high energy features at approximately 115 meV and approximately 150 meV, in addition to the prominent approximately 70 meV one, are found to develop in the nodal electron self-energy in the superconducting state. These high energy features, which cannot be attributed to electron coupling with single phonon or magnetic resonance mode, point to the existence of a new form of electron coupling in high temperature superconductors.     

Parity of the pairing bosons in a high-temperature Pb-Bi2Sr2CaCu2O8 bilayer superconductor by angle-resolved photoemission spectroscopy

We report the observation of a novel effect in the bilayer Pb-Bi2Sr2CaCu2O8 (Pb-Bi2212) high-T(c) superconductor by means of angle-resolved photoemission with circularly polarized excitation. Different scattering rates, determined as a function of energy separately for the bonding and antibonding copper-oxygen bands, strongly imply that the dominating scattering channel is odd with respect to layer exchange within a bilayer. This is inconsistent with a phonon-mediated scattering and favors the participation of the odd collective spin excitations in the scattering mechanism in near-nodal regions of the k space, suggesting a magnetic nature of the pairing mediator.     

Anisotropy of magnetic properties of textured superconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ

The values of the penetration depths and their temperature dependences were measured for differentc-axis orientations of a textured 2.2.1.2. sample. The remanent magnetic flux was studied. The giant mobility of the trapped vortex structure was found above 40 K.     

Laser based angle-resolved photoemission, the sudden approximation, and quasiparticle-like spectral peaks in Bi2Sr2CaCu2O(8+delta)

A new low photon energy regime of angle-resolved photoemission spectroscopy is accessed with lasers and used to study the high T(C) superconductor Bi2Sr2CaCu2O(8+delta). The low energy increases bulk sensitivity, reduces background, and improves resolution. With this we observe spectral peaks which are sharp on the scale of their binding energy--the clearest evidence yet for quasiparticles in the normal state. Crucial aspects of the data such as the dispersion, superconducting gaps, and the bosonic coupling kink are found to be robust to a possible breakdown of the sudden approximation.     

Macroscopic quantum tunneling in a d-wave high-TC Bi2Sr2CaCu2O8 + delta superconductor

While Josephson-junction-like structures intrinsic to the layered cuprate high temperature superconductors offer an attractive stage for exploiting possible applications to new quantum technologies, the low energy quasiparticle excitations characteristically present in these d-wave superconductors may easily destroy the coherence required. Here we demonstrate for the first time the feasibility of macroscopic quantum tunneling in the intrinsic Josephson junctions of a high temperature superconductor Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8 + delta), and find it to be characterized by a high classic-to-quantum crossover temperature and a relatively weak quasiparticle dissipation.     

Field-enhanced diamagnetism in the pseudogap state of the cuprate Bi2Sr2CaCu2O(8+delta) superconductor in an intense magnetic field

In hole-doped cuprates, Nernst experiments imply that the superconducting state is destroyed by spontaneous creation of vortices which destroy phase coherence. Using torque magnetometry on Bi2Sr2CaCu2O(8+delta), we uncover a field-enhanced diamagnetic signal M above the transition temperature Tc that increases with applied field to 32 Tesla and scales just like the Nernst signal. The magnetization results above Tc distinguish M from conventional amplitude fluctuations and strongly support the vortex scenario for the loss of phase coherence at Tc.