SPECS角分辨光电子能谱仪系统
发布日期: 2020-03-22 浏览次数：
产品介绍
角分辨光电子能谱仪系统是一套德国SPECS公司为客户定制的综合的直接探测研究固体的电子结构的表面分析系统。该系统包含样品分析腔、高分辨率2D-CCD能量分析器、高精度5轴/6轴样品台、单色化X射线源（选配）、紫外光源、样品准备系统、IPES等；另有用于系统正常工作的电源系统、系统控制单元、数据处理系统（DELL高精度工作站等）。该设备具备多种表面分析功能，包括核心的X射线光电子能谱（XPS）功能、紫外光电子能谱（UPS）功能、软X射线角分辨光电子能谱（SX-ARPES）功能、紫外角分辨光电子能谱（UV-ARPES）功能，以及通过附件扩展的AES, SAM,ISS,LEIS,IPES等功能。
SPECS提供的角分辨光电子能谱同时具备SX-ARPES/UV-ARPES功能与XPS/UPS功能原理类似，但又有着本质区别。ARPES和XPS/UPS基本原理都是光电效应，即大于材料功函数能量的光子照射到材料表面后，可将材料内部的电子激发出来。XPS / UPS在测量时，对不同角度出射的电子不加以区分，只得到一个积分谱线。而ARPES则将不同角度出射的电子分别测量，从而绘制出完整的电子能带结构。对于常见的粉末、多晶样品，其内部结构无明显周期性，采用XPS/UPS分析即可。但对于单晶样品，电子在材料中以能带E(k)形式分布，通过测量出射电子的能量（E）和动量（k）即可获得电子在材料中的能带结构。从实验上直接测量的能带结构E(k)，获得能量、动量信息，对于解决关键的物理机制及开发应用至关重要。角分辨光电子谱(ARPES)是获取材料中电子能量（E）和动量（k）并得到电子色散 E(k) 和多体作用的最直接的实验手段，在高温超导体、石墨烯、拓扑材料等重要材料体系的研究均起了关键性作用。系统配置的紫外光源实现UV-ARPES，可用于极高分辨率的ARPES测量；单色化X射线源实现SX-ARPES，可用于更高穿透深度需求的体态、界面的ARPES测量。
特点
SPECS公司提供的角分辨光电子能谱系统，不仅具备常规XPS/UPS系统的表征功能，同时具有独特的SX-ARPES/UV-ARPES表征功能，满足化学、材料、物理等多领域的多方位的需求。同时，该系统具有极大的可扩展性，通过与SPECS的真空互联系统连接近常压XPS系统、MBE系统、LEEM/PEEM系统、STM系统等真空连接，实现同一块样品的真空环境内制备及多种技术表征。
用途
光电子能谱（photoemission spectroscopy ,简称PES)，是利用光电效应，直接探测研究固体的电子结构的最强有力的方式。当一束光照射在样品表面，当入射频率高于特定阈值（功函数）时，会有光电子溢出，这就是光电效应。
角分辨光电子能谱（Angle resolved photoemission spectroscopy ,简称ARPES），是一种特殊采集方式的光电子能谱。ARPES通过直接测量描述固体电子结构的两个基本参数——能量E和动量k，得到样品表面不同发射角的光电子的能量分布。将得到的能量与动量对应起来，就可以得到晶体中电子的色散关系。
上图示意了半球能量分析器及ARPES数据采集原理图。在光照射到样品后，电子会向各个方向出射，如图中蓝色、红色和红色表示。不同方向出射的电子在入口狭缝处落在不同的点，经过半球之后在能量上展开，获得能量-角度的二维数据。而角度可直接换算到材料体系中的动量空间，即得到材料的能量-动量（能带）数据。下图展示了典型的石墨烯体系的能带结构数据。XPS/UPS则将所有的角度电子都积分，从而丢失了大量的物理信息。因此XPS / UPS通常仅适用于内部结构无明显周期性的粉末、多晶样品，或芯态能级研究。
然而，材料的主要性质特别是各种新奇量子特性主要取决于材料内部微观电子结构，尤其费米面附近的电子结构，包括电子的能量、动量及自旋。角分辨光电子能谱（ARPES）利用光电效应，能够直接探测和分辨材料内电子的能量和动量，是研究材料电子结构的有力工具。角分辨光电子能谱是直接测量材料能带结构的最有效手段，在对低维材料中的量子阱态，电荷密度波CDW, 自旋密度波SSDW，材料表面态、超导材料、拓扑材料等研究中，发挥了非常重要的作用。
技术规格
典型参数案例：
1.半球形能量分析器：
适用于XPS, UPS, ARPES, AES, SAM,ISS and LEIS等功能。包括了ASTRAIOS 190半球能量分析器、二维CMOS探测器、控制系统、数据采集系统等。具体指标：
• 能量分辨率: <1.5 meV (with 2D-CMOS detector).
• 角度分辨率: <0.1° (with 2D-CMOS detector).
• 接收角范围 ±30° (在角分辨率模式、传输模式、偏转模式).
• 平均半径150 mm.
• 工作距离: 40 mm.
• 多种模式：Magnification, angular resolving, shifting, transmission lens modes.
• 可配合1D, 2D and 自选探测器.
2D-CMOS指标：
• 动态范围>1E6 cps
• 全探测器噪音 < 3 cps；单通道噪音< 0.002 cps
• 通过GPU实现全平行单点计数
• 多计数>5000(within 40ps)
• 帧数160 fps
• 通道数 1920x1200
2.分析腔体：
• 全μ金属腔体，加一层μ金属内衬
• 包括系列法兰用于半球分析器、X射线源、X射线单色器、紫外光源、激光、样品操纵杆、样品传输、真空泵、真空测量、观察窗等
• 真空度优于1E-10mbar
3.闭循环5轴/6轴样品操作杆或6轴样品座：
• 闭循环/开循环低温样品台
• 最低温度 <7 K
4.真空紫外光：源UVS 300 或UVLS
给予等离子体效应的He气光源UVS300是用于ARPES测量的完美解决方案。并用ETC毛细管将光斑聚焦到500μm以下。该光源可与单色器TMM304配合，获得单色化的HeIa、HeIb、HeII特征谱线。
• 总通量 > 1 E16 photons/s/sr, FWHM < 2 meV
• 在HeII模式下，HeII光子通量可达HeI比例大于1/3
• 可用于H, Ne 以及Ar
5.微聚焦单色化X射线源：u-FOCUS 500 / u-FOCUS 600 / u-FOCUS 730
• XR50 MF X射线源
• Al靶/Ag靶/Cr靶阳极
• 500mm/600mm/730mm罗兰圆半径
•最小光斑 250μm（20W）
•最大光斑1mm（180W）
6.其它系统：
• 准备腔：具有4轴样品架、传样、真空获取及测量等部件，以及LEED、蒸发源等接口
• 进样腔：具有多位存储样品架、传样、真空获取及测量等部件
• SPECS Prodigy系统，包括控制、数据采集、数据分析等功能
官网链接以及官网样品资料链接
https://www.specs-group.com/nc/specs/products/detail/lab-arpes-system-with-phoibos-analyzer/
https://www.specs-group.com/nc/specs/products/detail/lab-spin-arpes-system-with-phoibos-analyzer/
https://www.specs-group.com/nc/specs/products/detail/synchrotron-arpes-system-with-phoibos-analyzer/
