Nowe źródło światła zrewolucjonizuje spektroskopię fotoelektronową

Laserowa kątowa spektroskopia fotoemisyjna (ARPES) to wydajna i czuła technika doświadczalna stosowana do badania właściwości fizycznych powierzchni. Finansowany ze środków UE zespół naukowców z powodzeniem opracował źródło światła ultrafioletowego stanowiące alternatywę do synchrotronu, które jest tanie i zapewnia bezprecedensowe możliwości badania struktury elektronowej substancji stałych.

Technologie przemysłowe

Laserowa technika ARPES to niedawno wprowadzona, obiecująca technologia, wykorzystywana do badania fotoemisji elektronów z próbki. Technika ta wykorzystuje monochromatyczne światło ultrafioletowe do wzbudzania fotoelektronów z krystalicznych substancji stałych w celu pomiaru rozkładu intensywności jako funkcji ich energii kinetycznej i kąta emisji. Ponieważ energia kinetyczna wyrzucanych elektronów jest ściśle powiązana z wewnętrzną strukturą elektronową, analiza spektroskopii fotoelektronowej zapewnia dodatkową wiedzę na temat głównych właściwości fizycznych i chemicznych materiału. W ramach projektu LASER-ARPES (Laser based photoemission: Revolutionizing the spectroscopy of correlated electrons) naukowcy odkryli alternatywne laserowe źródło światła ultrafioletowego, w którym wyeliminowano większość ograniczeń występujących w przypadku synchrotronowych źródeł światła. Wysokie koszty budowy i utrzymania akceleratora, a także konieczność konwersji szerokiego zakresu długości fal w jedną falę o wąskim paśmie, co jest mało wydajnym procesem, utrudniają wprowadzenie promieniowania synchrotronowego do powszechnego użytku. Zespół projektu opracował laboratoryjny system ARPES, który wykorzystuje kompaktowy, wzmocniony laser diodowy z dwoma rezonansowymi podwajaczami częstotliwości pełniącymi funkcję źródeł wzbudzania. W porównaniu do obecnie wykorzystywanych synchrotronowych wiązek ARPES laser ten zapewnia strumień świetlny większy o dwa rzędy wielkości w znacznie węższym paśmie. Pierwsze doświadczenia przy wykorzystaniu tego nowego źródła przeprowadzono na stanach powierzchni sp w Cu(111), znanym układzie modelowym do badania struktury elektronowej materiałów. Naukowcy zdołali po raz pierwszy nieznacznie podnieść degenerację spinu w tym stanie, który wynika z naruszonej symetrii inwersji na powierzchni. Nowe źródło światła opracowane w ramach projektu LASER-ARPES zrewolucjonizuje spektroskopię fotoelektronową i zapewni bezprecedensową wiedzę na temat struktur elektronowych materiałów. Może również znacznie zwiększyć zbiorczą czułość technologii ARPES, co pozwoli na prowadzenie niemożliwych wcześniej badań materiałów.