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中国研出国际领先紫外激光角分辨光电子能谱仪

导读: 由中国科学院物理研究所周兴江研究组、许祖彦院士研究组和理化技术研究所陈创天院士研究组共同攻关和研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪获得成功。近日,中国科学院综合计划局和基础科学局在京召开了“超高能量分辨率真空紫外激光角分辨光电子能谱仪”成果鉴定会

      由中国科学院物理研究所周兴江研究组、许祖彦院士研究组和理化技术研究所陈创天院士研究组共同攻关和研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪获得成功。近日,中国科学院综合计划局和基础科学局在京召开了“超高能量分辨率真空紫外激光角分辨光电子能谱仪”成果鉴定会。专家组一致认为,该项仪器使用KBBF非线性光学晶体和通过棱镜耦合PCT专利技术实现激光倍频产生的真空紫外激光,在国际上首次成功地应用于高分辨角分辨光电子能谱仪上。
  
  周兴江介绍,该系统从设计、装配、调试等全过程,全部自主独立完成,其中涉及的非线性光学晶体和相关的激光倍频专利技术,是我国的自主知识产权。真空紫外激光的使用,赋予了角分辨光电子能谱仪一些独特的优势,把现有的技术提高到一个新的台阶。如采用的真空紫外激光能量分辨率为0.26meV,整体系统的能量分辨率达到0.68meV,是目前国际上角分辨光电子能谱达到的最佳能量分辨率,比通常的同步辐射光源提高了一个量级。动量分辨率也有显著的提高。真空紫外激光产生的光束流量则比通常的同步辐射光源提高两到三个量级。

  “对一些材料,表面电子结构和体电子结构可能并不相同。而对先进材料,人们更关心的主要是它们的体性质。真空紫外激光使用的一个特殊的优点,是有可能解决长期困扰光电子能谱技术的表面敏感问题。”周兴江说。据了解,真空紫外激光光子的能量为6.994eV时,预计对应的样品测量深度为100埃以上,比一般同步辐射光源(5~20埃)提高了近一个量级。采用典型的高温超导材料Bi2212单晶解理表面,通过在氮气或者空气中暴露后能带的测量,证明了测量的信号的确反映了材料的体效应。”

  据了解,该系统是国际第一台采用真空紫外激光作为光源的超高能量高分辨率角分辨光电子能谱仪。专家组认为,角分辨光电子能谱作为研究材料电子结构最直接和最有力的手段,在高温超导研究和其他先进材料的电子结构研究中发挥了重要的作用,提供了许多关键的信息。

  初步的实验结果表明,该系统工作正常,测量的数据精确,对高温超导体Bi2212的测量,获得了线宽为12meV的能量分布曲线,这是目前所有文献中测量的最窄线宽。对LSCO等高温超导体的初步测量,表明该真空紫外激光角分辨光电子能谱仪适合于开展复杂体系的精细电子结构的研究。
  
  中科院物理所赵忠贤院士认为,真空紫外激光角分辨光电子能谱仪的研制成功,为科学家开展电子结构的研究提供了重要的实验手段和研究平台。这台设备本身具有许多独特优势,特别是超高能量分辨率和对体效应敏感,将有可能开展原先同步辐射光源无法开展的工作。它的应用将为我国开展材料科学和前沿物理研究提供一个重要的科学平台。

  真空紫外激光角分辨光电子能谱仪的研制成功是我国在物理仪器设备方面的重大进展。大型顶尖设备超高能量分辨率角分辨光电子能谱仪的研制成功,是近年来中国科学院物理所坚持引进高水平人才和勇攀世界一流的又一典型事例。这项工作得到了中国科学院知识创新工程、国家科技部和国家自然科学基金委的大力支持。

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