Linia badawcza URANOS (Ultra Resolved ANgular phOtoelectron Spectroscopy beamline) dostarcza fotony w zakresie próżniowego ultrafioletu do badań szeroko pojętą 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 wielowymiarowej przestrzeni liczb kwantowych (kx, ky, kz, σx, σy, σz, 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, σ) dla elektronów w ciałach stałych. Należy podkreślić, że udostępniony układ umożliwia pomiary z rozdzielczością spinową czyli pomiary Spin-ARPES.
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).
Techniki eksperymentalne:
- ARPES (Angle-resolved photoelectron spectroscopy/kątowo rozdzielcza spektroskopia fotoelektronów),
- Spin-ARPES (Spin- and Angle-resolved photoelectron spectroscopy/spinowo- i kątowo- rozdzielcza spektroskopia fotoelektronów),
- CD-ARPES (Circular Dichroism ARPES/dichroizm kołowy w strukturze pasmowej),
- RES-ARPES (RESonant ARPES/fotoemisja rezonansowa),
- (S)-XPS(Soft X-ray Photoelectron Spectroscopy/ fotospektroskopia miękkiego promieniowania X),
- GI/TR-XPS (Grazing Incidence/Total Reflection XPS),
- LEED-MCP Dyfrakcja elektronów niskiej energii z minimalną ekspozycją.
Rysunek 1. Schemat pomiarów ARPES
Rysunek 2. Geometria i schemat pomiarów ARPES i Spin-ARPES
Najbardziej istotnymi cechami linii URANOS są:
- automatyczne pomiary wielowymiarowej relacji dyspersji E(k, σ) z wysoką rozdzielczością energetyczną, kątową i spinową w bardzo niskich temperaturach (<<10K),
- spektralnie czysta monochromatyczna wiązka fotonów (kontaminacja harmonicznych <1%), o szerokim zakresie energii i dowolnej polaryzacji,
- rozbudowane możliwości preparatyki próbek in situ.
Rysunek 3. 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 | 5 x 10-5 |
| Rozmiar plamki w miejscu próbki – obszar wzbudzenia (poziomy x pionowy) |
150 μm x 60 μm / 60 μm x 60 μm (z ograniczonym strumieniem fotonów) |
| Intensywność promieniowania w miejscu próbki |
>5 x 1011 fotonów/s dla 20 000 (RP = E/∆E) |
| Polaryzacja | Dowolnie wybieralna: Liniowa pozioma, liniowa pionowa, kołowa lewa, kołowa prawa, eliptyczna, liniowa skośna |
|
Stacja końcowa URANOS-ARPES |
Dostępne techniki: |
| Komora analizy, dostępne oprzyrządowanie |
Hemisferyczny analizator energii DA30L z deflektorami (Scienta) 2 ortogonalne detektory spinowe typu VLEED 3D (Ferrum-ScientaOmicron) Dyfraktometr OCI LEED 800 MCP I(V) |
| Rozdzielczość detektora | Energetyczna: 1.8 meV, kątowa: <0.1° |
| Zakres temperatury |
4 – 500 K |
| Magazyn próbek | 24 |
| Komora przygotowawcza | Mini-LEED, analizator gazów resztkowych (RGA), waga kwarcowa (QMB), działo jonowe (IB), grzanie oporowe (RES), grzanie bezpośrednie, elektronowe (EB), pirometr |
| Temperatura preparatyki | 150 – 2000 K (grzanie oporowe RES do 800°C, grzanie bezpośrednie do 1700°C) |
| Podłączanie dodatkowych urządzeń | 3 porty do podłączenia urządzeń użytkowników oraz 1 port do walizki próżniowej |
| Komora wprowadzająca | 6 - pozycyjna karuzela |
| Preparatyka próbek |
|
|
|
Wsparcie eksperymentu ze strony opiekuna eksperymentu jest dostępne:
- w standardowych godzinach pracy, w dni powszednie, w godz. 8:00–17:00;
- w formie dyżuru telefonicznego, w godz. 17:00–22:00 w dni powszednie;
- w formie dyżuru telefonicznego, w godz. 9:00–17:00 w soboty i niedziele.
Pozostałe zasady dotyczące realizacji eksperymentów opisano w dokumencie ABC użytkownika.
Zasady pracy na linii URANOS zostały opisane w poniższym dokumencie. Obowiązują one wszystkich użytkowników linii. Użytkownik jest zobowiązany do zapoznania się z wymaganiami przed rozpoczęciem eksperymentu.