Linia badawcza URANOS (Ultra Resolved ANgular phOtoelectron Spectroscopy beamline) dostarcza fotony w zakresie próżniowego ultrafioletu do badań techniką kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoelektronów (ARPES).
Technika ARPES zajmuje wśród metod badań struktury materii niezwykle ważne miejsce, ponieważ pozwala na pomiar fundamentalnych parametrów elektronów wewnątrz materii: energii, pędu i spinu. Bezpośredni pomiar tych parametrów jest wykonywany dla fotoelektronów w próżni nad powierzchnią próbki. W ramach tzw. przybliżenia nagłego przejścia parametry te można łatwo związać z energią wiązania, kwazipędem i spinem opisującymi stan kwantowy, zajmowany przez elektron zanim nastąpiło przejście fotoelektryczne.
Dzięki tej technice możliwe są szybkie i szczegółowe badania struktury pasmowej w w czterowymiarowej przestrzeni liczb kwantowych (kx, ky, kz, E) z uwzględnieniem efektów oddziaływań elektron-elektron, elektron-domieszka oraz elektron-fonon. Innymi słowy technika ta dostarcza bezpośredni pomiar rzeczywistej wielowymiarowej relacji dyspersji E(k) dla elektronów w ciałach stałych.
Na linii URANOS możliwe są również pomiary techniką spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich (XPS) do energii 500 eV, badania technikami spektroskopii fotoelektronów promieniowania X z ekstremalną czułością powierzchniową (SXPS) oraz badania struktury krystalograficznej powierzchni metodą dyfrakcji elektronów niskich energii (LEED).
Rozbudowa układu o moduły umożliwiające pomiary spinowo rozdzielcze Spin-ARPES (z filtrami spinowymi typu 3D VLEED ) zaplanowana jest w roku 2023.
Techniki eksperymentalne:
- ARPES (Angle-resolved photoelectron spectroscopy),
- Spin-ARPES (montaż fitrów spinowych zaplanowany w roku 2023),
- CD-ARPES (Circular Dichroism ARPES),
- RES-ARPES (RESonant ARPES),
- XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy),
- S-XPS(Soft X-ray Photoelectron Spectroscopy),
- GI/TR-XPS (Grazing Incidence/Total Reflection XPS),
- LEED-MCP Dyfrakcja elektronów niskiej energii z minimalną ekspozycją.
Rysunek 1. Schemat pomiarów ARPES
Najbardziej istotnymi cechami linii URANOS są:
- automatyczne pomiary wielowymiarowej relacji dyspersji E(k) z ultrawysoką rozdzielczością energetyczną i kątową oraz w bardzo niskich temperaturach (<10K),
- spektralnie czysta monochromatyczna wiązka fotonów (kontaminacja przez harmoniczne <1%), o szerokim zakresie energii i dowolnej polaryzacji,
- rozbudowane możliwości preparatyki próbek in situ.
Rysunek 2. Struktura pasmowa kryształu semimetalu Weyla NbP zmierzona dla energii wzbudzenia 92 eV z widocznymi łukami Fermiego. Link do źródła.
Parametry linii
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Źródło | Eliptycznie polaryzujący undulator (EPU) typu APPLE II, quasi-periodyczny. Okres struktury magnetycznej: 120 mm. |
| Dostępny zakres energii fotonów | Całkowity: 8–500 eV NIM: 8 eV–30 eV PGM: 14 eV–500 eV |
| Energetyczna zdolność rozdzielcza ΔE/E | 5x10-5 |
| Rozmiar plamki w miejscu próbki – obszar wzbudzenia (poziomy x pionowy)/min |
60 μm x 150 μm / 60 μm x 60 μm (z ograniczonym strumieniem fotonów) |
| Intensywność promieniowania w miejscu próbki |
>5 x 1011 fotonów/s @ 20 000 RP |
| Polaryzacja | Dowolnie wybieralna: Liniowa pozioma, liniowa pionowa, kołowa lewa, kołowa prawa, eliptyczna, liniowa skośna |
| Stacja końcowa | (Wysoko rozdzielcza) kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoelektronów - (HR)-ARPES, (kątowo-rozdzielcza) spektroskopia fotoelektronów w zakresie miękkiego promieniowania X - SX-(AR)PES Spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich w reżimie całkowitego odbicia TR-XPS Dyfrakcja elektronów niskiej energii (LEED) z minimalną ekspozycją (detektor MCP) |
| Stacja końcowa ARPES | DA30L z deflektorami (3D VLEED od 2024) |
| Rozdzielczość detektora | 1.8 meV, 0.1° |
| Zakres temperatur | 6.5 – 500 K @ 5 os |
| Dyfraktometr | OCI LEED 800 MCP I(V) |
| Magazyn próbek | 12 / 24 |
| Komora przygotowawcza | Mini-LEED, RGA, QMB, IBA, AMD |
| Temperatura preparatyki | 150 – 2000 K (RES, EB – bezpośrednie grzanie) |
| Podłączanie dodatkowych urządzeń | 3 porty do podłączenia urządzeń użytkowników oraz 1 port do walizki próżniowej |
| Komora wprowadzająca | 6 |
| Preparatyka próbek |
|