K¹towo-rozdzielczy spektrometr fotoelektronów (ARPES

K¹towo-rozdzielczy spektrometr fotoelektronów (ARPES)
do badañ struktury elektronowej powierzchni krystalicznych
N. Tomaszewska, J.J. Ko³odziej
Pracownia Spektroskopii Fotoelektronów, Instytut Fizyki,
Wydzia³ Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ
Dopasowano numeryczny splot rozk³adu
Gaussa i rozk³adu Fermiego (g: FWHM,

: odchylenie standardowe rozk³adu
Gaussa )
g
2 2 ln 2
1
I (E) 
e
dx

E
EF 
x
/( kT )

e
1


1
0
-1
7000
6000
Zliczenia (I)
5000
4000
85 K
16
14
12
85 K
10
Energia kinetyczna [eV]

2


1, 665109 x / g 
17,0
18
Energia kinetyczna [eV]
Uk³ad pomiarowy ARPES zosta³ zbudowany przez PREVAC na bazie hemisferycznego
spektrometru energii R4000 WAL wspó³pracuj¹cego ze Ÿród³em fotonów VUV5000 i mono-chromatorem VUV5040 (Gammadata Scienta). Próbki s¹ pozycjonowane do badañ na
piêcioosiowym manipulatorze/goniometrze wyposa¿onym w przep³ywowy kriostat helowy
stabilizuj¹cy temperaturê w zakresie 6 – 400 K. W uk³adzie zaimplementowana jest równie¿
komplementarna do ARPES technika badawcza LEED czyli dyfrakcja elektronów niskiej
energii, zrealizowana na bazie dyfraktometru siatkowego (OCI) z powielaczem elektronów.
Dostêpne s¹ równie¿ pomocnicze techniki analityczne: spektroskopia fotoelektronów
rentgenowskich oraz spektroskopia elektronów Augera. Uk³ad posiada bogate mo¿liwoœci
preparatyki powierzchni in situ: np. rozpylanie jonowe powierzchni, wygrzewanie próbek
do 1800 K w ultrawysokiej pró¿ni, nanoszenie/synteza materia³ów metodami epitaksji
z wi¹zki molekularnej, synteza z fazy gazowej na powierzchni itp..
16,8
-1,4
-1,2
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
k|| [A]
Rys. 3. Uk³ad pasm elektronowych na powierzchni Au(111)
zmierzonych wzd³u linii M
M w przestrzeni odwrotnej.
Czas akwizycji danych: 3x5 min. W centrum u góry s³abo
widoczne pasmo przedstawione w szczegó³ach na Rys. 2.
16,6
16,4
3000
2000
1000
0
16,80
16,2
16,85
16,90
16,95
17,00
Energia kinetyczna (E) [eV]
Rys. 1. KrawêdŸ Fermiego dla powierz-chni Au(111) zmierzona w temperaturze
6.5 K. Oszacowana rozdzielczoϾ energii
(FWHM rozk³adu Gaussa) wynosi 5 meV
-10 -8 -6 -4 -2
0
2
4
6
8 10
Kat [Deg]
Rys. 2. Pasmo powierzchniowe Au(111)
z widocznym rozszczepieniem typu
Rashby. Rozdzielczoœæ k¹towa lepsza
ni¿ 0.5
Czas akwizycji danych ok. 10 min.
Uk³ad pomiarowy ARPES zosta³ uruchomiony w Pracowni
Spektroskopii Elektronów Instytutu Fizyki UJ w ramach projektu
ATOMIN (POIG.02.01.00-12-023/08) - “Badanie uk³adów w skali
atomowej - nauki œcis³e dla innowacyjnej gospodarki”. Uk³ad jest
przystosowany do badañ struktury elektronowej cia³ sta³ych
a w szczególnoœci powierzchni, z uwzglêdnieniem efektów
korelacji. Ze wzglêdu na rozproszon¹ wi¹zkê wzbudzaj¹c¹ UV
i dyfraktometr pracuj¹cy w zakresie nanoamperowych strumieni
elektronów uk³ad umo¿liwia m.in. badania systemów powierzch-niowych wra¿liwych na promieniowanie jonizuj¹ce