国内首台！高重频高通量高次谐波超快角分辨光电子能谱仪搭建完成并实现应用

分享到微信朋友圈

打开微信，点击底部的“发现”，

使用“扫一扫”即可将网页分享到朋友圈。

分享： 2021/08/13 10:05:22

导读：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研制成功，并通过现场测试。

角分辨光电子能谱仪（ARPES）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，可用来探测非平衡态的电子能带信息，备受关注。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，使得其探测范围可覆盖大范围布里渊区，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）博士生陈发民、潘默君、刘俊德，在研究员钱天和副主任工程师运晨霞的指导下，研制出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、3）。这一设备的搭建完成，为未来研究量子材料中电子的超快动力学过程、未占据态及新型电子态提供了关键的实验平台。

研究工作得到北京市科学技术委员会、国家自然科学基金委员会、中科院战略性先导科技专项（B类）、中科院科研仪器设备研制项目等的支持。高次谐波光源部分得到光物理重点实验室（L07组）副研究员赵昆、研究员魏志义及联合培养博士研究生王佶、许思源等的协助。