Spektroskopia fotoelektronów z rozdzielczością kątową (skrót z ang. ARPES) jest metodą badania dyspersji pasm elektronowych krystalicznych ciał stałych. Ostatnie naukowe i techniczne osiągnięcia w rozwoju technik ARPES, takie jak zastosowanie promieniowania synchrotronowego oraz detektorów spinu, stworzyły z tej metody najlepsze narzędzie do badania struktury elektronowej pasm walencyjnych powierzchni kryształów i nanostruktur. Charakterystycznymi własnościami tej metody pomiarowej są:
-
Krótka droga swobodna fotoelektronów. Z powodu krótkiej drogi swobodnej fotoelektrony są emitowane jedynie z najbliższych powierzchni warstw. Dla promieniowania wzbudzającego He1α z energią fotonów hν = 21.22 eV emisja zachodzi praktycznie z 2-3 monowarstw atomowych przy powierzchni. Elektrony wzbudzone we wnętrzu kryształu rekombinują i nie są emitowane. Ta właściwość powoduje, że metoda jest szczególnie przydatna do badania struktury pasmowej powierzchni i nanostruktur, ale też wymaga atomowo czystych powierzchni. Konieczna jest bardzo dobra próżnia, z ciśnieniem poniżej 2×10-10 mbar.
-
Niepełna informacja o pędzie fotoelektronu. Wyemitowane elektrony zachowują swą składowa równoległą pędu w krysztale, natomiast składowa prostopadła nie musi być zachowana.
-
Rola stanu końcowego. W procesie fotoemisji udział biorą elektronowe stany początkowy i końcowy (ten jest z reguły nieznany), co komplikuje interpretację danych pomiarowych.
-
Stan początkowy musi być obsadzony. Tylko pasma poniżej energii Fermiego są badane.
-
Tło fotoelektronów. Widma fotoelektronów ze stanów pasm elektronowych są przesłaniane przez tło nieelastycznie rozproszonych fotoelektronów.
M Jałochowski

Elementy wchodzące w skład aparatury
Spektroskopia ARPES
- lampa helowa (Specs UVS-300),
- 5-osiowy manipulator próbki (Specs),
- hemisferyczny analizator energii elektronów (Specs Phoibos 150),
- detektor MCP (powielacz kanalikowy) elektronów (Specs),
- detektor Motta spinu elektronów (Specs).
Dyfrakcja RHEED
- działo elektronowe (wykonane w ZFPiN UMCS),
- ekran fluorescencyjny oraz kamera CCD (12-bitowa).
Preparatyka
- komórki efuzyjne z materiałami:
- Au,
- Ag,
- Pb,
- Bi,
- Sb,
- Fe,
- wyparownik sublimacyjny Si,
- możliwość oporowego wygrzewania kryształu do temperatury 1200 °C,
- możliwość pośredniego wygrzewania próbki do temperatury 300 °C,
- możliwość chłodzenia (oraz nanoszenia materiałów) w temperaturze do -150 °C,
- kontrola wzrostu materiałów przy pomocy wagi kwarcowej.
Galeria
Więcej o ARPES
prezentacja w j. ang. - M. Jałochowski