Name: experimental methods for spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable laser
Uploaded: 2018-06-28T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser at JoVE.com

Мы благодарим A. M. Накаяма, S. Тоёхиса, Фукусима и Y. Ishida для поддерживает для экспериментальной установки. Мы с благодарностью признаем, финансирование от JSP-страницы Grantin-помощь для научных исследований (B) через проект № 26287061 и для молодых ученых (B) через проект № 15K 17675. Эта работа была также поддержана МПКСНТ Японии (инновационные области «топологических материаловедения,» Грант № 16 H 00979) и JSP-страницы KAKENHI (Грант № 16 H 02209)

1. образец крепления и монтажа
<ol><li>Вырезать образцы одиночн кристалл Би2Se313 в приблизительный размер 1 × 1 × 0,5 мм3 и использования на основе ленты эпоксидный клей для держателя образца образца.</li>
	<li>Наклеить Скотч на поверхности образца. Примечание: Скот?...

<ol>
	<li>Damascelli, A., Hussain, Z., Shen, Z. -. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Angle-resolved+photoemission+studies+of+the+cuprate+superconductors.">Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors.</a> Rev. Mod. Phys. 75 (2), 473-541 (2003).</li><li>Qiao, S., Kimura, A., Harasawa, A., Sawada, M., Chung, J. -. G., Kakizaki, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+compact+electron+spin+polarimeter+with+a+high+efficiency.">A new compact electron spin polarimeter with a high efficiency.</a> Rev. Sci. Instrum. 68 (12), 4390-4395 (1997).</li><li>Dil, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin+and+angle+resolved+photoemission+on+non-magnetic+low-dimensional+systems.">Spin and angle resolved photoemission on non-magnetic low-dimensional systems.</a> J. Phys. Condens. Matter. 21 (40), 403001 (2009).</li><li>Hoesch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-polarized+Fermi+surface+mapping.">Spin-polarized Fermi surface mapping.</a> J. Electron Spectrosc. 124 (2), 263-279 (2002).</li><li>Souma, S., Takayama, S., Sugawara, K., Sato, T., Takahashi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh-resolution+spin-resolved+photoemission+spectrometer+with+a+mini+Mott+detector.">Ultrahigh-resolution spin-resolved photoemission spectrometer with a mini Mott detector.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (9), 096101 (2010).</li><li>Okuda, T., Kimura, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-+and+angle-resolved+photoemission+of+strongly+spin-orbit+coupled+systems.">Spin- and angle-resolved photoemission of strongly spin-orbit coupled systems.</a> J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2), 021002 (2013).</li><li>Okuda, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+spin-polarized+photoemission+spectrometer+with+very+high+efficiency+and+energy+resolution.">A new spin-polarized photoemission spectrometer with very high efficiency and energy resolution.</a> Rev. Sci. Instrum. 79 (12), 123117 (2008).</li><li>Jozwiak, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-efficiency+spin-resolved+photoemission+spectrometer+combining+time-of-flight+spectroscopy+with+exchange-scattering+polarimetry.">A high-efficiency spin-resolved photoemission spectrometer combining time-of-flight spectroscopy with exchange-scattering polarimetry.</a> Rev. Sci. Instrum. 81 (5), 053904 (2010).</li><li>Okuda, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+spin+resolved+spectroscopy+observation+machine+at+Hiroshima+Synchrotron+Radiation+Center.">Efficient spin resolved spectroscopy observation machine at Hiroshima Synchrotron Radiation Center.</a> Rev. Sci. Instrum. 82 (10), 103302 (2011).</li><li>Yaji, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+three-dimensional+spin-+and+angle-resolved+photoelectron+spectrometer+using+vacuum+ultraviolet+laser+light.">High-resolution three-dimensional spin- and angle-resolved photoelectron spectrometer using vacuum ultraviolet laser light.</a> Rev. Sci. Instrum. 87 (5), 053111 (2016).</li><li>Shimojima, T., Okazaki, K., Shin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-temperature+and+high-energy-resolution+laser+photoemission+spectroscopy.">Low-temperature and high-energy-resolution laser photoemission spectroscopy.</a> J. Phys. Soc. Jpn. 84 (7), 072001 (2015).</li><li>Augustine, S., Mathai, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth,+morphology,+and+microindentation+analysis+of+Bi2Se3,+Bi1.8In0.2Se3,+and+Bi2Se2.8Te0.2+single+crystals.">Growth, morphology, and microindentation analysis of Bi2Se3, Bi1.8In0.2Se3, and Bi2Se2.8Te0.2 single crystals.</a> Mater. Res. Bull. 36 (13), 2251-2261 (2001).</li><li>Hasan, M. Z., Kane, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloquium:+Topological+insulators.">Colloquium: Topological insulators.</a> Rev. Mod. Phys. 82 (4), 3045-3067 (2010).</li><li>Ando, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topological+insulator+materials.">Topological insulator materials.</a> J. Phys. Soc. Jpn. 82 (10), 102011 (2013).</li><li>Zhang, H., Liu, C. -. X., Qi, X. -. L., Dai, X., Fang, Z., Zhang, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Topological+insulators+in+Bi2Se3,+Bi2Te3+and+Sb2Te3+with+a+single+Dirac+cone+on+the+surface.">Topological insulators in Bi2Se3, Bi2Te3 and Sb2Te3 with a single Dirac cone on the surface.</a> Nature Phys. 5 (6), 438-442 (2009).</li><li>Cao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+orbital+wavefunction+of+the+surface+states+in+three-dimensional+topological+insulators.">Mapping the orbital wavefunction of the surface states in three-dimensional topological insulators.</a> Nature Phys. 9 (8), 499-504 (2013).</li><li>Zhang, H., Liu, C. -. X., Zhang, S. -. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-orbital+texture+in+topological+insulators.">Spin-orbital texture in topological insulators.</a> Phys. Rev. Lett. 111 (6), 066801 (2013).</li><li>Kuroda, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+control+over+three-dimensional+spin-polarization+for+the+spin-orbit+coupled+surface+state+of+Bi2Se3.">Coherent control over three-dimensional spin-polarization for the spin-orbit coupled surface state of Bi2Se3.</a> Phys. Rev. B. 94 (16), 165162 (2016).</li><li>Meier, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+of+spin+states+in+photoemission+from+Sb/Ag(111)+surface+alloys.">Interference of spin states in photoemission from Sb/Ag(111) surface alloys.</a> J Phys-Condens Mat. 23 (7), 072207 (2011).</li><li>Dil, J. H., Meier, F., Osterwalder, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rashba-type+spin+splitting+and+spin+interference+of+the+Cu(111)+surface+state+at+room+temperature.">Rashba-type spin splitting and spin interference of the Cu(111) surface state at room temperature.</a> J Electron Spectrosc. 201, 42-46 (2015).</li><li>Yaji, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-dependent+quantum+interference+in+photoemission+process+from+spin-orbit+coupled+states.">Spin-dependent quantum interference in photoemission process from spin-orbit coupled states.</a> Nature Commun. 8, 14588 (2017).</li><li>Noguchi, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+mapping+of+spin+and+orbital+entangled+wave+functions+under+interband+spin-orbit+coupling+of+giant+Rashba+spin-split+surface+states.">Direct mapping of spin and orbital entangled wave functions under interband spin-orbit coupling of giant Rashba spin-split surface states.</a> Phys. Rev. B. 95 (6), 04111(R) (2017).</li></ol>

ARPES и SARPES методы обычно используются для изучения структуры зонная через группу картирования и спин обнаружения1,2. Помимо этих общих преимуществ, показано выше лазер SARPES на основании правила орбитальных выбора в оптических диполя возбуждения могут быть ...

Угол решена фотоэлектронная спектроскопия (ARPES) техника превратился в один из самых мощных инструментов для изучения структуры группы квазичастица в твердых1. Наиболее привлекательной особенностью ARPES является возможность для сопоставления группы характеризуют электронных состояний в энергии и импульса пространстве. Спин решена ARPES (SARPES), который оснащен здесь спин детекторы, например. Мотт детектор2,3, далее позволяет нам решить спин характер структуры наблюдаемых группы4. Так как Мотт детектор можно измерить спин с двумя осями (x и z, или y и z), сочетание двух Мотт детекторы далее позволяет получить спин ориентации в три измерения4,5 . На протяжении нескольких десятилетий, однако, SARPES экспериментов были страдали от их низкой эффективности (обычно 1/10000 по сравнению с показателем для измерения спин интегрированных ARPES)3,4,5,6 ,7, который ограничил, энергии и угловой резолюций. Недавно энергетическое разрешение SARPES было увеличено с высокоэффективными спин детектор на основе обмена рассеяния, так называемые очень низкой энергии дифракция электронов (VLEED) детектор7,8,9 ,10. С этот детектор значительно улучшилось качество данных и сократить время сбора данных. Недавно SARPES удалось значительно спин поляризованных электронного государства и особенно спин орбитальное муфта эффект в спин текстуры поверхности полосы7.
Здесь, мы используем SARPES измерений с переменной поляризации вакуума ультрафиолетовые лазерные свет (лазер SARPES) и продемонстрировать большие преимущества этой комбинированной техники. Через исследование о спин орбитальное сочетании поверхности государств в Bi2Se3мы представляем две возможности лазер SARPES. Во-первых, из-за правило орбитальных выбора линейно поляризованных лазеров в диполя переходного режима, p- и s-поляризованного света выборочно возбуждают частью Эйген волновые с различных орбитальных симметрии. Такие орбитального селективного возбуждения таким образом доступен в SARPES, а именно, орбитального селективного SARPES. Во-вторых трехмерные (3D) спин обнаружение в SARPES показывает направление оси квантовая спин и непосредственно отображает полную информацию о зависимости свет поляризации. В этом протоколе мы кратко опишем методологии выполнять эту технику-искусство лазер SARPES для изучения последствий сильного спин орбитальное сцепного устройства.
Наша система лазер SARPES расположен в Институте физики твердого тела, в университете Токио11. Схематический чертеж нашей машины лазерной SAPRES показан на рисунке 1. Поляризация переменная 7-eV лазерный свет12 освещает поверхности образца и фотоэлектронов выбрасываются из образца. Поляризации лазерного автоматически контролируется MgF2- основе λ/2 - и λ/4-волновые пластинки выборочно использовать линейной и круговой поляризации. Полусферическая электрона анализатор исправляет фотоэлектронов и анализирует их кинетическую энергию (EКин) и угол (θx и yθ). Фотоэлектронная интенсивности сопоставляются на EКин-θx экран контролируется ПЗС-камеры. Это изображение непосредственно преобразована в зонной структуры энергетики в взаимные пространстве.
Для измерения SARPES фотоэлектронов с конкретным угол и кинетической энергии, анализируются анализатором электрон руководствуются два спина детекторы VLEED-типа с 90-градусный фотоэлектронная дефлектор и фотоэлектронный лучи фокусируются на два различные цели пленок Fe(001) -p(1 × 1) расторгнут кислорода. Фотоэлектронов, отражение целей обнаруживаются в один канал обнаружения с помощью channeltron, помещены в каждом спина детектор. VLEED цели могут быть намагничены с Гельмгольц тип электрических катушек, которые аранжированы с ортогональными геометрии друг относительно друга. Направление замагничивания контролируется банком биполярного конденсатора. Двойной VLEED спина детекторы таким образом позволяют нам анализировать спин поляризация вектора фотоэлектронная в трех измерениях.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>DA30-L hemispherical analyzer</td>
			<td>ScientaOmicron</td>
			<td></td>
			<td>http://www.scientaomicron.com/en/products/353/1170</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver-based epoxy</td>
			<td>Epoxy Technology</td>
			<td>H20E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sctoch tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>801-1-18C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UHV valve</td>
			<td>VAT</td>
			<td>01034-KE01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>linear/rotary feedthrough</td>
			<td>Ferrovac</td>
			<td>MD40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>transfer rod</td>
			<td>UHV design</td>
			<td>PP series</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wobble stick</td>
			<td>Ferrovac</td>
			<td>WM40</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paladin compact 355</td>
			<td>Coherent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>half waveplate</td>
			<td>Kogakugiken</td>
			<td></td>
			<td>order made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar condenser bank</td>
			<td>Tsuji electronics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental methods for spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable laser

Цель настоящего Протокола заключается в настоящее время как для выполнения спин и угол решены фотоэлектронная спектроскопия, в сочетании с переменной поляризации 7-eV лазер (лазер SARPES) и продемонстрировать мощь этой техники для изучения физики твёрдого тела. Лазер-SARPES достигает две большие возможности. Во-первых путем изучения правило орбитальных выбора линейно поляризованных лазеров, орбитального селективного возбуждения может осуществляться в SAPRES эксперимент. Во-вторых техника может показать полную информацию вариации квантовой оси вращения в зависимости от поляризации света. Чтобы продемонстрировать силу сотрудничества этих возможностей в лазер SARPES, мы используем этот метод для исследования поверхности государств спин орбитальное сочетании Би2Se3. Эта техника позволяет разложить спин и орбитальных компонентов из спин орбитальное сочетании волновые. Кроме того как представитель преимущество использования обнаружения прямого отжима сотрудничал с переменной поляризации лазерного, техника однозначно визуализирует света поляризацией зависимость квантовой оси вращения в три измерения. Лазер-SARPES значительно увеличивает возможности фотоэмиссионный техники.

Прежде чем начинать эксперименты SARPES, k позиций необходимо точно определить за спин решена спектра с помощью высокой статистика спин интегрированных ARPES результаты с высокой энергии - и угловых резолюций (протокол 5.1-5.5). Это проявляется в рисунке 7 ?...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser at JoVE.com

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

Здесь мы сочетаем поляризации переменная 7-eV лазер с решен спин и угол фотоэмиссионный технику для визуализации эффекта спин орбитальное сцепления в твердых.

Экспериментальные методы для спина и угол решены фотоэлектронная спектроскопия, в сочетании с переменной поляризации лазерного

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Angle-resolved Photoemission Spectroscopy At Ultra-low Temperatures

Фотоэмиссии с угловым разрешением спектроскопии при сверхнизких температурах

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Квантовая государственный инженерно Света с непрерывной волны параметрических генераторов

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Лазерно-индуцированное Разбивка спектроскопия: новый подход по картированию и количественной наночастиц в ткани органа

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy

Протон Передача и конформации белка Динамика в светочувствительных белков с временным разрешением Шаг сканирования ИК-Фурье спектроскопии

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Расширенный Экспериментальные методы низкотемпературной магнитотранспорте измерения новых материалов

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

SSVEP основе экспериментальной процедуры для мозгов Robot взаимодействия с человекоподобных роботов

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Экспериментальные методы исследования формы памяти на основе процессов Охлаждение Elastocaloric и проверки достоверности моделей

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

Компактный объектив менее цифровой голографический микроскоп для MEMS осмотра и определения характеристик

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Free-form Light Actuators ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã¢â‚¬Â Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Свободной формы Легкие Приводы - изготовление и контроль Срабатывание в микроскопическом масштабе

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Локализация дефектов при структурном нагреве с использованием лазерной прогнозируемой фототермической термографии

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...