Laboratorium ARPES

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:

1. 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.

2. Niepełna informacja o pędzie fotoelektronu. Wyemitowane elektrony zachowują swą składowa równoległą pędu w krysztale, natomiast składowa prostopadła nie musi być zachowana.

3. Rola stanu końcowego. W procesie fotoemisji udział biorą elektronowe stany początkowy i końcowy (ten jest z reguły nieznany), co komplikuje interpretację danych pomiarowych.

4. Stan początkowy musi być obsadzony. Tylko pasma poniżej energii Fermiego są badane.

5. Tło fotoelektronów. Widma fotoelektronów ze stanów pasm elektronowych są przesłaniane przez tło nieelastycznie rozproszonych fotoelektronów.

M Jałochowski