【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超快现象与凝聚态物理相结合领域，具体涉及一种角分辨光电子能谱装置及其测量方法。
技术介绍
1、当前凝聚态物理的一个重大挑战是如何理解复杂材料中对其重要物性起决定性作用的物理机制，并利用这些已有材料的物理理解来寻找新型的材料提供重要指引。其中尤为引人关注的是量子材料，即不能用单电子能带结构来描述的材料，如强关联体系、低维纳米材料、拓扑绝缘体、谷电子、重费米子、电荷密度波材料等。这些材料具有新颖的物性，如高温超导、庞磁阻效应等有广泛应用前景潜力的特性，然而由于这些体系中的晶格、电荷、自旋和轨道等自由度紧密关联，如何分离其中各个自由度的作用并且找出起决定性作用的物理规律成为当今物理和材料学科的一个重大挑战。
2、角分辨光电子能谱(angle resolved photoemission spectroscopy,arpes)是研究材料能带结构最直观的手段，经过20年的持续发展，其动量和能量的分辨率不断提高，为人们探索高温超导中一些非常重要的物理现象提供了最有力的手段。通过超高分辨测量光电效应所产生的光电子动能和动量，人们能够获取固体内部激子的动能和动量信息。在铜氧化物高温超导体的研究中，角分辨光电子谱对于揭示超导能隙的对称性、非超导态的赝隙及电子-声子作用起了关键性作用。然而由于量子材料体系中各种元激发紧密关联，如何分离出对物性起决定作用的关键因素至今仍然是一个严峻的科学挑战。把角分辨光电子谱延伸到超快时间(10-15秒-飞秒，甚至阿秒10-18秒)尺度上将使得本领域技术人员能进一步探测到电子的动态信息，并有
3、利用超短强激光脉冲与惰性气体相互作用产生的高次谐波(hhg)可以获得相干的euv光源，其光子能量从20～100ev，其脉冲宽度可以从几十飞秒到几十阿秒，是电子动力学行为等极端超快过程测量和调控的理想工具。将高次谐波源与具有动量、能量分辨能力的角分辨电子能谱仪相结合，实现超快时间分辨的arpes测量技术，可以获得对固体内部激子的动能和动量的动态信息测量的能力，通过对人们所关心的强关联体系材料中费米能级左右的一些能带结构的时间分辨测量，实现对超导现象的深入研究。
4、虽然随着arpes技术的日益成熟，其能量分辨可以小于1mev，但与超短脉冲激光结合发展的时间分辨arpes系统不可能同时实现很高的能量分辨和时间分辨。因为高能量分辨需要窄线宽激光，而窄线宽激光对应的脉冲宽度很长。作为折中方案，脉冲宽度大约100fs和能量分辨约100mev可以在时间分辨arpes系统上实现。另外一个制约能量分辨的因素是空间电荷效应，由于euv波段光子能量非常高，激光与样品相互作用时很容易产生空间电荷效应，为此要降低激光的强度，最好的方法是增加重复频率使得单脉冲能量降低，一般认为100khz以上的重复频率比较合适。
5、arpes系统中的分析器有两种：一种是半球型能量分析器，另一种的基于飞行时间(time-of-light,tof)的能量分析器。半球分析器利用一条狭缝进行选择性过滤，只能探测到穿过狭缝的具有特性飞行方向的光电子，所以一次测量只能探测二维动量空间的一条线，要测量一个完整的费米面需要不断旋转样品角度或电场偏转进行多次测量，然后对测量结果进行插值来获得一个完整三维能量-动量谱。这样采集效率非常低，需要很长时间来采集数据，而且不能保证样品状态和光电子发射位置在测量过程中保持不变，和激光器的状态是否一致。通过插值的方法得到样品费米面形状可能会与实际形状有差别，尤其是费米能带较多时。另外，由于半球分析器不是直接测量电子信号，需要的激光功率较强，当激光功率高时，由于非线性效应和空间电荷效应，获得的电子信号强度和光电子数目表现出非线性增长的趋势，从而影响了数据的可靠性。tof型能量分析器是通过光电子的飞行时间和延迟线探测器来探测电子的能量和角度信息，由于没有狭缝，它能够同时探测动量空间的一个平面从而直接得到三维的e-k谱图，由于不用改变样品角度，提高了数据的准确性，也提高了数据采集效率。另外，由于所需要的激光功率阈值降低和对光电子直接探测，探测效率和线性都大大提高，非常适合与高重复频率低能量的超短脉冲激光结合来实现时间分辨arpes。
6、然而，目前并未有将半球分析器和tof分析器综合使用装置，将两者综合在一个装置中，将发挥各自优点，更有利于实现高时间分辨、高能量分辨的角分辨光电子能谱测量、并应用于凝聚态物质电子能级结构动力学测量
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种角分辨光电子能谱装置及其测量方法。本专利技术的基于极紫外波段高次谐波结合半球分析器以及飞行时间分析器的角分辨光电子能谱仪，实现了高时间分辨、高能量分辨的角分辨光电子能谱测量、并应用于凝聚态物质电子能级结构动力学测量。
2、本专利技术综合了半球分析器和tof分析器的优点，将两种探测器结合起来，共用一个高次谐波光源，分别实现高能量分辨和高时间分辨的角分辨光电子能谱测量，针对不同的样品需求，专利技术人可以切换选择半球分析器和/或tof分析器的arpes，实现多功能测量，为揭示材料中的绝缘体－超导相变提供重要信息，并且为最终解决高温超导机制提供直接的实验依据，也实现更高时间分辨和能量分辨的测量能力，满足日益增长的科研用户需求。
3、在阐述本
技术实现思路
之前，定义本文中所使用的术语如下：
4、术语“arpes”是指：角分辨光电子能谱，英文名称为angle resolvedphotoemission spectroscopy。
5、术语“tof”是指：飞行时间，英文名称为time-of-light。
6、术语“xuv”是指：极紫外，英文名称为extreme ultraviolet，波段范围通常为10～124ev。
7、为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种角分辨光电子能谱装置，所述角分辨光电子能谱装置包括：
8、用于产生飞秒激光的激光器模块；
9、用于产生并提取单级次高次谐波的高次谐波模块；
10、用于产生高次谐波的泵浦光模块；
11、用于将高次谐波聚焦到待测样品上，并实现高次谐波的在光路上切换的高次谐波聚焦与光路切换模块；和
12、用于采集待测样品发射的光电信号的分析器角分辨光电子能谱系统模块；
13、其中：
14、所述分析器角分辨光电子能谱系统模块包括：半球型分析器角分辨光电子能谱系统模块和飞行时间型分析器角分辨光电子能谱系统模块。
15、根据本专利技术第一方面的角分辨光电子能谱装置，其中，所述激本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述角分辨光电子能谱装置包括：
2.根据权利要求1所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述激光器模块包括飞秒激光器和飞秒分束镜，所述飞秒激光器发射出飞秒激光，经过所述飞秒分束镜分为两路激光；
3.根据权利要求1或2所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述高次谐波模块包括按照激光传播方向依次设置的：
4.根据权利要求3所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述泵浦光模块包括按照激光传播方向依次设置的：
6.根据权利要求4或5所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述高次谐波聚焦与光路切换模块包括：聚焦轮胎镜和聚焦电动平移台；其中，
7.根据权利要求1至6中任一项所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述角分辨光电子能谱装置包括：高次谐波导入真空腔；其中，
8.根据权利要求1至7中任一项所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于：
9.一种角分辨光电子能谱的测量方法，
10.一种角分辨光电子能谱的测量方法，其特征在于，所述测量方法使用权利要求4至8中任一项所述的装置进行角分辨光电子能谱的测量；
...【技术特征摘要】
1.一种角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述角分辨光电子能谱装置包括：
2.根据权利要求1所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述激光器模块包括飞秒激光器和飞秒分束镜，所述飞秒激光器发射出飞秒激光，经过所述飞秒分束镜分为两路激光；
3.根据权利要求1或2所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述高次谐波模块包括按照激光传播方向依次设置的：
4.根据权利要求3所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的角分辨光电子能谱装置，其特征在于，所述泵浦光模块包括按照激光传播方向依次设置的：
6.根据权利要求4或5所...
【专利技术属性】
技术研发人员：滕浩，李呈志，运晨霞，钟诗阳，魏志义，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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