Eine neue Lichtquelle zur Revolutionierung der Photoelektronenspektroskopie
Bei dem Laser basierten ARPES-Verfahren handelt es sich um eine vor Kurzem eingeführte, vielversprechende Technologie, die zur Untersuchung von Lichtemissionen von Elektronen einer Probe verwendet wird. Unter Anwendung monokromatischen ultravioletten Lichts zur Erregung von Photoelektronen kristalliner Feststoffe wird die Intensitätsverteilung als Funktion der kinetischen Energie und des Emissionswinkels gemessen. Da die kinetische Energie der abgestoßenen Elektronen in sehr enger Verbindung mit der internen Elektronenstruktur steht, bietet eine Photoelektronenspektroskopie-Analyse weitere Einblicke in die fundamentalen physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials. Im Rahmen des Projekts LASER-ARPES (Laser based photoemission: Revolutionizing the spectroscopy of correlated electrons) enthüllten Wissenschaftler eine alternative Laser basierte ultraviolette Lichtquelle, die größtenteils Einschränkungen in Verbindung mit Synchrotron-Lichtquellen überwindet. Die hohen Kosten für den Bau und die Instandhaltung des Beschleunigers und die Erfordernis zur Umwandlung eines breiten Wellenlängenspektrums in ein schmales Band, die sich als ineffizienter Prozess erweist, stellen eine Hürde für die gängige Verwendung von Synchronotron-Strahlung dar. Das Projektteam entwickelte ein Labor basiertes ARPES-System, welches kompakte verstärkte Diodenlaser mit zwei Resonanzfrequenzverdopplern als Anregungsquellen verwendet. Im Vergleich zu den derzeit verwendeten Synchrotron-ARPES-Strahllinien bietet dieser Laser zwei Ordnungen für Lichtströme mit einer höheren Magnitude und mit einer weitaus schmaleren Bandbreite. Die ersten Testexperimente mit dieser neuen Quelle wurden an den SP-Oberflächenzuständen von Cu(111) durchgeführt. Hierbei handelt es sich um ein berühmtes Modellsystem für die Untersuchung der Elektronenstruktur von Materialien. Wissenschaftler waren zum ersten Mal in der Lage, in diesem Zustand eine kurzzeitige Aufhebung der Spin-Entartung zu erfassen. Diese geht auf die gebrochene Inversionsymmetrie an der Oberfläche zurück. Die neue LASER-ARPES-Lichtquelle revolutioniert die Photoelektronenspektroskopie und gibt nie dagewesene Einblicke in die Elektronenstruktur von Materialien. Diese kann ebenfalls die ARPES-Massesensitivität erheblich steigern und eine Untersuchung von Materialien gestatten, die bis dahin nicht möglich gewesen ist.
Schlüsselbegriffe
Photoelektronenspektroskopie, winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie, ultraviolett, LASER-ARPES
