|
1. Тема: "Фотоэлектронная спектроскопия в диапазоне мягкого рентгеновского излучения: От кристаллических твёрдых тел к гетероструктурам и примесным системам"
(" Soft X-Ray ARPES at Swiss Light Source: From Bulk Materials to Buried Heterostructures and Impurities
")
Докладчик: В. Строков (Swiss Light Source, Paul Scherrer Institute, Switzerland)
Аннотация:
Soft-X-ray ARPES, operating in the energy range around 1 keV, benefits from enhanced photoelectron escape depth, concomitant sharp resolution in 3D electron momentum k, and resonant photoexcitation delivering elemental and chemical-state specificity. High energy resolving power (>30000) and photon flux (>1013 ph/s/0.01%BW) delivered by the ADRESS beamline of Swiss Light Source allow expansion of this novel experimental technique from bulk materials to buried heterostructures and impurities [1] which are in the heart of electronic and spintronic devices.
Bulk materials. – Applications to 3D electronic structure of bulk materials are illustrated by the layered chalcogenide VSe2 where we discover 3D-nesting of its Fermi surface stabilizing exotic charge density waves [2]. Other examples include lattice-distortion effects in manganates connected with their magnetoresistance [3], 3D topological states in Weil semimetals, etc.
Buried heterostructures. – Semiconductor systems are illustrated by AlGaN/GaN high-electron-mobility transistor heterostructures, where soft-X-ray ARPES finds anisotropic band structure and Fermi surface (figure) of the interfacial quantum-well states, resulting in anisotropic non-linear electron transport [4]. For the "drosophila" oxide interface LaAlO3/SrTiO3, resonant photoexcitation of the Ti-derived interfacial charge carriers resolves their multiphonon polaronic nature, fundamentally limiting their mobility [5]. Further cases include EuO/Si spin injectors, EuS/Bi3Se2 topological interfaces, etc.
Impurity systems. – Applications to diluted magnetic semiconductors are illustrated by Ga(Mn)As, where resonant photoexcitation of Mn-derived impurity states identifies their energy alignment and hybridization with the host GaAs states, elucidating the nature of the ferromagnetic electron transport [6]. Other cases include magnetic V impurities in the topological Bi3Se2 competing with the quantum anomalous-Hall effect, etc.
Further prospects of soft-X-ray ARPES are connected with the multichannel spin detector iMott [7]. Boosting the detection efficiency by few orders of magnitude, this detector will deliver previousy unthinkable information about k resolved spin texture of buried heterostructures and impurities. Furthemore, in 2023 the Swiss Light Source will be upgraded to the diffraction-limited source based on multibend achromats, promising an increase of the coherent fraction and reduction of the horizontal emittance by a factor of >30. The ADRESS beamline will receive an Apple-Knot undulator to reduce on-axis thermal load by two orders of magnitude. This source and optical elements with ultra-low slope errors of ~0.1 mrad will push the beamline resolving power above 100’000, allowing access to electronic structure and electron-boson interactions on the few-meV energy scale.
[1] V.N. Strocov et al., J. Electron Spectrosc. & Relat. Phenom. 236 (2019) 1
[2] V.N. Strocov et al., Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 086401
[3*] L.L. Lev et al., Phys. Rev. Lett. 114 (2015) 237601
[4*] L.L. Lev et al., Nature Comm. 9 (2018) 2653
[5] C. Cancellieri et al., Nature Comm. 7 (2016) 10386
[6] M. Kobayashi et al., Phys. Rev. B 89 (2014) 205204
[7] V.N. Strocov et al, J. Synchr. Rad. 22 (2015) 708
Фотоэлектронная спектроскопия в диапазоне мягкого рентгеновского излучения характеризуется большой глубиной выхода фотоэлектронов, высоким разрешением по трёхмерному квазиволновому вектору, и возможностью резонансного фотовозбуждения с химической селективностью. Высокие параметры энергетического разрешения и интенсивности излучения на канале ADRESS синхротрона Swiss Light Source позволили реализовать эти преимущества для исследования не только объёмных свойств твёрдых тел, но и встроенных гетероструктур и примесных систем, лежащих в основе современной электроники и спинтроники. В докладе иллюстрируются применения этой экспериментальной техники к оксидам и халькогенидам переходных металлов, топологическим материалам, встроенным полупроводниковым и оксидным гетероструктурам, магнитным примесям в полупроводниках и топологических материалах и другим твердотельным системам. Представлена разработка высокоэффективного многоканального спин-детектора для исследования магнитной текстуры данных систем, а также обсуждаются перспективы инструментального развития фотоэлектронной спектроскопии на синхротронах 4-го поколения.
2. Доклад о проделанной научной работе и перспективах деятельности в связи с переводом на вакантную конкурсную должность младшего научного сотрудника по специальности 01.04.07. "Физика конденсированного состояния", Приказ о конкурсе № 444К от 29.03.2019.
Докладчик: С.С. Агафонов (Отдел нейтронных экспериментальных станций)
3. Обсуждение статей, подготовленных для опубликования. Список статей
Все семинары |
