高温超导体角分辨光电子能谱研究及新进展

本文较详细地评述了高温超导体角分辨光电子能谱研究的所有主要方面的成就及最新进展。所涉及的主题有：角分辨光电子能谱基础知识,费米面的角分辨光电子能谱研究,超导能隙及对称性研究,赝能隙问题的角分辨光电子能谱研究,高温超导体的角分辨光电子能谱谱线形分析,近节点区域准粒子的色散行为,双层能带劈裂。所涉及的材料不仅有最广泛研究的Bi2212,还包括Bi2201,Bi2223,La-214,Y-123乃至电子型掺杂的超导体。所引用的文献特别注意了从新一代高能量、动量分辨的能量分析器得到的系统、深入的工作。     

角分辨光电子能谱技术及其应用进展

角分辨光电子能谱（ARPES）是研究晶体表面电子结构,如能带,费米面,以及多体相互作用的重要工具。本文概述了光电子激发的一般过程和单粒子近似下的理论模型。详细讨论了角分辨光电子能谱的能带勾画（Energy Band Mapping）和费米面成像（Fermi Surface Mapping）技术,以及高分辨下的角分辨光电子能谱在强相关体系研究中的应用。文章最后简单介绍了当前角分辨光电子能谱研究的新进展,如研究宽禁带半导体材料的表面电子结构,有机功能材料与金属的界面,金属超薄膜中的量子阱态,以及高温超导机理研究等。     

角分辨光电子能谱技术及其应用进展

角分辨光电子能谱 (ARPES)是研究晶体表面电子结构 ,如能带 ,费米面 ,以及多体相互作用的重要工具。本文概述了光电子激发的一般过程和单粒子近似下的理论模型。详细讨论了角分辨光电子能谱的能带勾画 (EnergyBandMapping)和费米面成像 (FermiSurfaceMapping)技术 ,以及高分辨下的角分辨光电子能谱在强相关体系研究中的应用。文章最后简单介绍了当前角分辨光电子能谱研究的新进展 ,如研究宽禁带半导体材料的表面电子结构 ,有机功能材料与金属的界面 ,金属超薄膜中的量子阱态 ,以及高温超导机理研究等     

铜氧化物高温超导体的角分辨光电子能谱研究

由于能量和动量分辨率以及实验效率的大幅度提高，角分辨光电子能谱在过去的20年取得了革命性的进展，成为当今凝聚态物理最重要的实验手段之一．文章综述了20年来角分辨光电子能谱在高温超导领域所取得的研究成果，并通过6个例子来阐明如何利用角分辨光电子能谱来理解铜氧化物超导体丰富的相图，以及对应的多体物理现象．     

铁基高温超导体电子结构的角分辨光电子能谱研究

铜氧化物超导体和铁基超导体是人类相继发现的两类高温超导家族,它们的高温超导机理是凝聚态物理领域中长期争论但悬而未决的重大问题.对铁基超导体广泛而深入的研究,以及与铜氧化物高温超导体的对比,对于发展新的量子固体理论、解决高温超导机理、探索新的超导体以及超导实际应用都具有重要意义.固体材料的宏观物性由其微观电子结构所决定,揭示高温超导材料的微观电子结构是理解高温超导电性的前提和基础.由于角分辨光电子能谱技术具有独特的同时对能量、动量甚至自旋的分辨能力,已成为探测材料微观电子结构的最直接、最有力的实验手段,在高温超导体的研究中发挥了重要作用.本文综述了在不同体系铁基超导体中费米面拓扑结构、超导能隙大小和对称性、轨道三维性和选择性、电子耦合模式等的揭示和发现,为甄别和提出铁基超导新理论、解决高温超导机理问题提供重要依据.     

高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

超导是一种奇异的宏观量子现象.100多年来,已发现的超导体主要分为两类:以金属或者合金为代表的常规超导体以及以铜氧化物和铁基高温超导体为代表的非常规超导体.常规超导体的超导机理能被BCS超导理论完美解释,但高温超导体的超导机理至今仍未达成共识,已经成为凝聚态物理领域中长期争论且充满挑战的重大科学问题.从实验上揭示非常规超导材料的微观电子结构,是理解其奇异正常态和超导电性机理、建立新理论的前提和基础.角分辨光电子能谱技术,由于可以实现对材料中电子的能量、动量和自旋的直接测量,在高温超导研究中发挥了重要的作用.本文综述了我们利用角分辨光电子能谱技术在铜氧化物和铁基高温超导体电子结构和超导机理研究中取得的一些进展,主要包括母体的电子结构、正常态的非费米液体行为、超导态的能带和超导能隙结构以及多体相互作用等.这些结果为理解铜氧化物和铁基高温超导体的物性及超导机理提供了重要的信息.     

角分辨光电子能谱应用于固体物理学教学实践的探讨

角分辨光电子能谱是研究物质电子能带结构目前最先进的谱学仪器,在凝聚态物理学以及材料科学等领域的研究中占据重要地位.近年来,尽管越来越多的角分辨光电子能谱进入国内高校和科研院所,但角分辨光电子能谱价格高昂,结构复杂,因而很少将其应用于本科生教学的探索和实践.探讨了角分辨光电子能谱应用于本科生物理学教学实践的必要性和可行性,并讨论了具体的教学内容设计和实施,包括以物理学最新科研成果为课堂导入,开展材料电子能带结构的实验测试原理讲解、单晶的生长和单晶样品的展示,参观实验室和参与实验,激发本科生对物理学知识的学习热情和渴望,促使学生构筑清晰的物理学图像,提升对固体物理学知识的理解.     

层间耦合与高温超导体角分辨光电子能谱和Ba位替代效应

根据高温超导体层状结构特点和层间耦合效应，提出了一个唯象的S-N双层高 温超导模型（S表示超导层，N表示非超导层），并在Nambu空间求得高温超导态的格林函数，得到了S-N模型下高温超导体临界温度T＿c随S，N层间耦合强度增加而下降的结果.在该 模型的基础上讨论了YBCO材料中Ba位替代对Tc的抑制效应，说明了高温超导体角分辨光电子能谱具有hump/dip/peak结构的特点，所得结果与实验相一致. 关键词： 层间耦合效应 替代效应 势无序 角分辨光电子能谱     

用角分辨光电子能谱研究Co/Cu(111)外延超薄膜的电子结构

利用同步辐射角分辨光电子能谱研究了分子束外延生长的Co/Cu(111)超薄膜电子结构的变化.Cu(111)的位于表面布里渊区Γ点的表面态在覆盖度为两单层时仍然可以分辨,说明薄膜生长模式不是二维层状生长.在一单层和二单层时,动量沿Cu体布里渊区ΓΛL方向变化,Co的最明显的峰包有能量色散.在覆盖度从一单层到两单层的变化过程中,固定光子能量测谱发现Co的能带的能量调整.实验测得的Co膜的电子结构与已有理论计算的结果对比,初步确定Co原子在生长初期阶段为两层岛生长,而且在一单层时已经具有铁磁性.     

角分辨光电子能谱光束线1200line/mm光栅研制

国家同步辐射实验室新建了覆盖5～40 eV的低能区高分辨率角分辨光电子能谱光束线.其球面光栅单色仪包含了三块光栅,即300,600和1200 line/mm球面层式(Laminar)光栅.采用全息离子束刻蚀工艺,在硅光栅基片上成功地刻蚀出1200 line/mm、占空比0.35、槽深35 nm、有效刻划面积大于120 ...     

1T-NbSeTe电子结构的角分辨光电子能谱

过渡金属二硫族化物因其广泛存在超导、电荷密度波等新奇的物理现象成为了近些年来凝聚态物理研究中的一大热点,同时这也为研究超导和电荷密度波等电子序之间的相互作用提供了典型的材料体系.本文利用角分辨光电子能谱对1T结构的NbSeTe单晶进行系统的研究,揭示了其电子结构.沿高对称方向的能带测量发现, 1T-NbSeTe布里渊区M点附近存在一个范霍夫奇点,能量位于费米能以下约250 meV处.对能带色散的仔细分析发现该体系中没有明显电子-玻色子(声子)耦合带来的能带扭折.基于上述实验结果,对过渡金属二硫族化物中电荷密度波和超导的产生以及1T-NbSeTe中电荷密度波和超导被抑制的可能原因进行了讨论.     

铜氧化物超导体Bi2Sr2CaCu2O8+δ 多体相互作用的超高能量分辨和时间分辨 角分辨光电子能谱研究

自发现30 多年来,铜氧化物的高温超导机理仍未得到解释。传统超导电性起源于电 子–声子相互作用形成的电子配对,研究传统超导体中的多体相互作用为BCS 理论提供了有 力的证据。目前已证实铜氧化物高温超导体中存在着电子配对,但是引起配对的机制仍不清 楚。因此,对铜氧化物高温超导体中的多体相互作用研究是揭示高温超导机理的关键。角分辨 光电子能谱是研究固体电子结构最直接的技术手段,随着其分辨率的不断提升,在研究高温超 导体的多体相互作用中日益发挥重要的作用。近年来兴起的时间分辨角分辨光电子能谱在常规 角分辨光电子能谱的基础上增加了独特的时间维度,从而成为研究多体相互作用动力学的有力 手段。本文详细地介绍了我们利用超高能量分辨和时间分辨角分辨光电子能谱在铜氧化物超导 体Bi2Sr2CaCu2O8+δ 中多体相互作用的研究,包括在节点区域、反节点区域扭折的研究,多体 相互作用的动量依赖关系,配对电子自能的提取以及库珀对在激光泵浦下的受激辐射现象。     

铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

铁基超导体的角分辨光电子能谱研究进展

最近发现的超导转变温度高达55K铁基高温超导体结束了铜氧化物在超导转变温度高于40K的领域一统天下的局面.与铜氧化物高温超导体一样,超导配对对称性对于理解这一新的体系有着重要的作用.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,全面地研究了铁基材料的能带结构和费米面以及它们随载流子掺杂浓度变化的演化过程,发现了铁基超导体中依赖费米面的无节点的超导能隙,指出了费米面间的相互作用对超导配对起着关键作用.     

角分辨光电子能谱仪在f电子特性研究中的应用

重费米子体系是凝聚态物理研究中的热点和难点,其低的能量尺度和奇异物理特性吸引着研究者的注意力。文章首先简要介绍了重费米子体系的基本概念,随后着重介绍了角分辨光电子能谱技术(ARPES)在重费米子体系中的应用。主要包括以下几个方面内容：f电子与传导电子的杂化特征、f电子的杂化与磁性、f电子杂化与量子临界、超导的关系以及掺杂对杂化的影响等。最后介绍了目前ARPES技术在重费米子体系应用中存在的几个问题,并提出相应解决办法。     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

水分子F态超快动力学：时间分辨光电子能谱研究

本文利用双光子激发和时间分辨的光电子成像技术研究了水分子■态的超快动力学.这是首次对水分子■态进行时间分辨的实验研究.水(重水)分子■和■态的寿命分别为1.0±0.3(1.9±0.4)和10±3(30±10)皮秒.我们提出■态主要通过非绝热耦合内转换到■态,而■态通过科里奥利相互作用耦合到■态.     

新型铁基超导体角分辨光电子能谱研究

最近发现的新型122结构的铁基超导体掀起了铁基高温超导研究的又一轮热潮.文章利用角分辨光电子能谱实验手段,研究了这类新型铁基材料的电子结构、费米面拓扑和超导能隙.实验结果表明,其在布里渊区中心的能带结构及费米面与其他铁基超导体存在明显差异,并导致嵌套在粒子-空穴通道的费米面消失.另外,在布里渊区边缘的电子型费米面发现了较强的并且有各向同性的超导能隙.这些结果对可能的超导配对机制提出了严格的限制.     

6H-SiC(0001)-6√3×6√3R30°重构表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱(SRARPES)对6H-SiC(0001)-6√3×63√R30°重构表面的电子结构和表面态进行了研究.通过鉴别价带谱中来自于体态的信息,可以推断出重构表面的费米能级位于体态价带顶之上(2.1±0.1)eV处.实验测出的体能带结构与理论计算的结果较为符合.在重构表面上发现三个表面态,分别位于结合能-0.48 eV(S0),-1.62 eV(S1)和-4.93 eV(S2处.沿着表面布里渊区的高对称线ΓKM方向,测量了相关表面态的能带色散,只有表面态S0(-0.48 eV)表现出了所希望的6√3×6√3 R30°重构周期性.根据实验现象,可以认为,表面态S0应归结于重构表面的C-C悬键,而表面态S1则由重构表面未钝化的C悬键所导致.     

飞秒时间分辨的能谱分析光电子显微镜：异质结超快载流子动力学测量

本文成功搭建了一套集成了能谱分析功能的时间分辨光电子显微镜系统(TR-PEEM),能够对电子密度分布进行时间分辨和能量分辨的成像.这套4D显微镜在空间、时间、能量多维度获取电子动力学信息提供了前所未有的手段.本文使用184 fs的时间分辨、150 meV的能量分辨和优于150 nm的空间分辨对半导体进行了测量,在Si(111)表面的Pb岛上获得了微区光电子能谱和能量分辨的TR-PEEM图像.实验结果表明,这套系统是进行异质结载流子动力学观察的有力工具,有助于在亚微米/纳米空间尺度和超快时间尺度上加深对半导体性质的理解.