二维材料的角分辨光电子能谱研究

材料的电子结构是决定其电、磁、光等性质的关键因素,而能够直接观测材料电子结构的角分辨光电子能谱(Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, ARPES)技术是研究材料的基本物理和化学性质的先进技术手段之一.近年来,各种具有优异性能的二维材料被人们不断发掘出来,并有望成为未来光电、电子和自旋器件的基础材料.本文将对ARPES的构成和原理做简要的介绍,并总结了当前利用ARPES技术研究二维材料电子结构及其基本物性的前沿进展.本文所关注的二维材料体系主要包含以下四个部分:石墨烯、氮化硼、单元素二维材料、过渡金属硫族化合物.其中对石墨烯的ARPES研究成果最为丰富,对它的研究直接引领了对其他二维材料的ARPES研究.当前,对基于不同二维材料相互堆叠形成的异质结构的研究正方兴未艾,我们在文中也提及一部分关于二维堆垛异质结构的ARPES研究.     

拓扑绝缘体能带结构的角分辨光电子能谱研究

以拓扑不变量定义和区分的拓扑材料的发现标志着凝聚态物理学和材料科学的又一次革命.这些材料的拓扑表面态的鲁棒性、背散射禁戒和特殊的输运行为在自旋电子学、非线性光学、拓扑量子计算等广泛的领域有潜在的应用价值.角分辨光电子能谱(ARPES)既能直接观察k空间,又对表面电子态敏感,因此在拓扑材料的研究中一直处于举足轻重的地位.本文试从材料分类的角度对三维拓扑绝缘体和本征磁性拓扑绝缘体这两类材料的部分ARPES研究作一综述,使读者对这一领域的研究现状有一个基本的概念.     

拓扑半金属的角分辨光电子能谱研究

拓扑半金属是一类新奇的量子材料,它存在受拓扑保护的无能隙体态能带交叉和特征表面态.根据能带交叉的维度和简并度,拓扑半金属可以简单分为:零维的四重简并狄拉克半金属、二重简并外尔半金属、三重/六重/八重简并点半金属,和高维度的节线/节面半金属.近十年来,基于角分辨光电子能谱(ARPES)实验技术,人们可以直接测量拓扑半金属中的体态能带简并和特征表面态,清楚地揭示材料的拓扑本质.本文系统性回顾了使用ARPES研究各种类拓扑半金属的成果与进展,有助于理解其物理性质、拓扑起源以及探索更多新奇拓扑半金属.     

角分辨光电子能谱中的样品原位调控

角分辨光电子能谱技术是研究量子材料的一项关键实验技术.近年来,原位样品调控技术的发展,特别是压力、掺杂、电场等非温度调控参量的原位调控的实现,极大地拓展了角分辨光电子能谱的测量空间,为观察外场调控下电子态的连续演化提供了可能.本文分别对原位碱金属掺杂、门电压、单轴压、电流等几种原位样品调控技术近期的发展进行了介绍,并总结了角分辨光电子能谱和原位样品调控技术的结合在多种量子材料中的应用.     

铜氧化物高温超导体电子结构和超导机理的角分辨光电子能谱研究

与单质金属或者合金为代表的常规超导体不同,以铜氧化合物高温超导体为代表的非常规超导体的超导机理超出了BCS理论的解释范畴,已经成为凝聚态物理领域的重大科学问题.角分辨光电子能谱技术以其独特的电子能量/动量分辨的优势,在铜氧化物高温超导体的能带结构、能隙行为、多体相互作用等相关物理和超导机理的研究方面发挥着重要作用.角分辨光电子能谱实验技术的提高和数据分析方法的发展,不仅丰富了铜氧化物超导体的电子相图,并且不断加深了人们对其内在物理本质的认知.本文总结了近年来角分辨光电子能谱技术的最新进展,并集中讨论了其在铜氧化物高温超导体研究中对能带结构演化、超导能隙行为和电子-声子相互作用等方面取得的最新研究进展,最后介绍了使用Eliashberg函数数值分析研究高温超导体超导机理的方法.     

ZnO(000(-1))表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱（angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES）并结合全势缀加平面波（full potential linearized augmented plane waves, FPLAPW）理论计算方法研究了ZnO（0001^-）表面的价带电子结构及能带色散．通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ГA方向的能带结构并确定了两个表面态，实验结果与理论计算结果较为一致．利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿Г^- KM^-方向的二维能带色散．     

ZnO(000)表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱(angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES)并结合全势缀加平面波(full potential linearized augmented plane waves,FPLAPW)理论计算方法研究了ZnO(000)表面的价带电子结构及能带色散.通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ΓA方向的能带结构并确定了两个表面态,实验结果与理论计算结果较为一致.利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿ΓKM方向的二维能带色散.     

ZnO(000)表面的同步辐射角分辨光电子能谱研究

利用同步辐射角分辨光电子能谱(angle-resolved photoeletron spectroscopy,ARPES)并结合全势缀加平面波(full potential linearized augmented plane waves,FPLAPW)理论计算方法研究了ZnO(000(-1))表面的价带电子结构及能带色散.通过垂直出射的ARPES得到ZnO体态沿ΓA方向的能带结构并确定了两个表面态,实验结果与理论计算结果较为一致.利用非垂直出射的ARPES得到这两个表面态沿(-Γ)(-KM)方向的二维能带色散.     

高温超导材料研究进展

超导技术是当下的高新技术之一,对于超导材料的研究一直处于现在进行时.临界温度下的超导材料表现出优异的零电阻特性,能量损耗相对于常规导电材料大幅降低,具有非常高的应用价值.以超导材料发展的时间线为线索,回顾高温超导材料的研究历程.在综合整理国内外研究论文的基础上详细阐述BSCCO、YBCO、铁基超导、MgB₂、有机超导体的发展历程、发展现状以及各自特性,并展望超导材料的发展前景.     

铁基超导材料研究进展

铁基超导体(iron-based superconductors)被认为是继铜基超导材料后的第二类高温超导家族,具有丰富的物理特性和广阔的应用前景,同时也为探究高温超导机制提供了全新的平台.利用33篇文献综述了几种典型的铁基超导体研究现状,同时简述了近期铁基超导体研究领域取得的一些进展,最后对其应用前景进行了展望.     

有机同系物光电子能谱的一个递变规律

该文对有机同系物的同系线性规律进行了探讨,提出了一种有机同系物光电子能谱递变规律,其表达式为:p=a+b{(n-k)/[(n+t)+1]}用有机共轭体系和非共轭同系物的光电子能谱数据对该线性规律进行了验证．     

有机同系物光电子能谱的递变规律（Ⅰ）──共轭体系光电子能谱的验证

本文提出一种前人未报道过的有机同系物光电子能谱的递变规律，其表示式为：并用共轭体系的光电子能谱数据对该递变规律进行了验证     

铅氧化物膜的X射线光电子能谱分析

PbO_2膜被不完全电化学还原时,能够同时生成多种还原产物.X射线光电子能谱是鉴定这类复杂氧化物膜中元素的化学态及膜组成的有效工具.     

磁性多层膜Ta/NiO/NiFe/Ta角分辨XPS

磁性多层膜Ta/NiO/NiFe/Ta由磁控溅射方法制备.采用角分辨X射线光电子能谱(XPS)研究了反铁磁(NiO)/铁磁(NiFe)界面.结果表明,在NiO/NiFe界面发生了化学反应: NiO+Fe = Ni+FeO和3NiO+2Fe =3Ni+Fe2O3,此反应深度约为1～1.5 nm.反应产物将影响NiO对NiFe的交换耦合.     

光激励发光材料 BaFCl : Eu 的制备及光电子能谱

研究了在不同反应气氛下合成的光激励发光材料ＢａＦＣｌ：Ｅｕ中稀土离子发光中心及发光性质．利用光谱和Ｘ射线光电子能谱的方法，研究了在不同条件下制备的样品ＢａＦＣｌ：Ｅｕ中稀土离子Ｅｕ的性质     

三维材料和界面体系电子结构的软X射线ARPES研究

关联电子体系拥有丰富的量子现象,理解这些量子现象的机理离不开对其电子结构的细致观测.然而很多有趣的体系都具有三维的晶体结构或者是深埋的界面态,而电子结构观测往往是表面敏感的探测手段,例如角分辨光电子能谱等,给实验研究带来巨大的挑战.随着同步辐射光束线的发展,软X射线波段的角分辨光电子能谱开始投入使用,给三维体系和界面体系的电子结构研究带来曙光.本文将系统介绍软X射线角分辨光电子能谱的科学目标、实验上的优势和技术挑战以及简要发展历程;结合研究实例,着重介绍该技术在获取三维本征体态电子结构、探测界面态电子结构、对3d过渡元素和4f稀土元素的共振测量以及与真空紫外波段角分辨光电子能谱配合研究方面的应用.最后给出对该技术进一步发展的展望与国内现状.