角分辨光电子能谱仪 超导领域的科研重器

ARPES可不是姓AR名PES,它是Angle Resolved Photoemission Spectroscopy的英文简称,中文名叫做角分辨光电子能谱仪,由于我们系统搭载了深紫外激光,所以又叫深紫外激光角分辨光电子能谱仪。

下面跟着我们的镜头,走进超导国家重点实验室,和ARPES来个亲密接触吧!

小白板原理解释时间

ARPES的原理是基于光电效应:当一束光照射到样品上时,样品内的电子吸收光子能量而逃逸出材料表面,产生光电子。由于此过程中遵守能量守恒和动量守恒,所以通过能量分析器测出光电子在空间不同角度的能量和数量,就可以直接获得材料内部电子的能量和动量的信息。

图片[1]-角分辨光电子能谱仪 超导领域的科研重器 - 如意工业网(Rueee.com)-如意工业网(Rueee.com)

光电效应

打一个恰当的比方,如果把用ARPES测量数据的过程比作钓鱼,那么ARPES就像一个鱼竿,光源就像是钓鱼线和鱼钩,被测样品就是鱼塘,电子就像小鱼

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要想知道池塘里有什么鱼,水太深、太浊看不清,我们可以把他它钓出来看。同样,要知道样品里的电子信息,探测不着,我们就把它打出来再测。钓鱼线太细了钓不起大鱼,光子能量太小了就打不出深能级的电子。鱼塘水面太脏,水草太多,鱼儿钓不出水面。样品表面太脏,杂质太多,电子也就很难逃出样品表面。所以鱼塘要保持水面干净,要经常清理,样品要保存在真空泵环境中,要一直用泵抽。钓出来的鱼可以用眼睛看,打出来的电子可以用分析器测。

图片[3]-角分辨光电子能谱仪 超导领域的科研重器 - 如意工业网(Rueee.com)-如意工业网(Rueee.com)

ARPES的组成

ARPES主要由三大部分组成。第一部分是光源系统,第二部分是测量系统,第三部分是控制系统。

它三大部分各有各的用处,首先光源系统它主要是产生我们测量所需要的光源。这个是我们的真空深紫外激光器,它可以产生深紫外激光。

另外第二部分是测量系统,主要是用于样品的传输和测量。当一块需要测试的材料,从实验仪器的一级传输到二级,然后再通过二级的传样杆传输到主腔的上腔体,最后通过整个位移台,使得样品传输到下腔体,也就是测量腔对它进行测量。

当一束光打到样品上,对样品内部电子进行激发,产生自由电子,然后通过半球形能量分析器对它进行探测,就可以得到材料体里面的一些电子能量和动量信息,以及其它的一些物理信息。对这些信息进行分析,就可以得到我们想要的一些材料性能。

第三部分是控制系统,它的作用是对我们整个仪器进行控制和数据的采集。最终数据可以通过各种数据线、传输线传到电脑里面,然后就可以对它进行数据的分析和处理。

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