首台高重频高通量高次谐波超快角分辨光电子能谱仪应用

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分享： 2021/08/06 21:01:21

导读：基于高次谐波产生（HHG）的TR-ARPES具有光子能量高、光子能量可调谐的优点，使得其探测范围可以覆盖到大范围布里渊区。

角分辨光电子能谱仪（ARPES）因其具有能量和动量分辨能力，是探测材料能带结构的重要手段。随着超快激光技术的不断发展，结合泵浦-探测技术的超快角分辨光电子能谱仪（TR-ARPES）由于兼具时间分辨能力，可以用来探测非平衡态的电子能带信息，因此近年来备受人们的重视。特别是基于高次谐波产生（HHG）的TR-ARPES还具有光子能量高、光子能量可调谐的优点，使得其探测范围可以覆盖到大范围布里渊区，在电荷密度波（CDW）材料、过渡金属二硫化物（TMD）材料的超快动力学过程研究中具有重要的作用。

　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室丁洪研究组（EX7组）的博士生陈发民、潘默君、刘俊德在钱天研究员和运晨霞副主任工程师的指导下，研制成功国内首台基于高重复频率、高通量高次谐波光源的超快角分辨光电子能谱仪（HHG-TRARPES），并通过了专家的现场测试（图1）。该仪器系统配备了六轴低温样品台，DA30半球分析器，极限真空优于10-10torr，最低温度小于6K，其光子能量连续可调（20-60eV），重复频率为0.4MHz。第18阶次光子（21.6eV）的能量分辨率为109meV，时间分辨率为120fs，样品位置处的光通量约为1011ph/s，综合参数达到世界同类型设备的一流水平。此外，全设备接入自主开发的控制系统，实现了集成化、智能化、便捷化操作，时间和角度联动扫谱，内置真空自锁与保护功能。目前实验装置已经进入稳定运行阶段，实现了对拓扑绝缘体Bi2Se3未占据态和电荷密度波材料1T-TiSe2能带动力学演化过程的测量（图2和图3）。这一设备的搭建完成，填补了国内相关领域的空白，为未来研究量子材料中电子的超快动力学过程、未占据态以及新型电子态提供了关键的实验平台。

　　这项工作及相关研究得到北京市科委、国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导科技专项（B类）和中国科学院科研仪器设备研制项目等项目的大力支持。高次谐波光源部分得到光物理重点实验室L07组赵昆副研究员、魏志义研究员及联培博士生王佶、许思源等人的密切协助与配合（详细信息请见：科研进展∣高重复频率极紫外相干光脉冲的产生）。