Jan-Peter Bäcker und Martin Lonsky

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1 Jan-Peter Bäcker und Martin Lonsky

2 Photoemissionsspektroskopie Jan-Peter Bäcker und Martin Lonsky

3 Inhalt PES allgemein Experimenteller Aufbau ARPES Photon-Elektron-Wechselwirkung Deutung der Messergebnisse Aktuelle Anwendungen in der Forschung

4 PES allgemein

5 PES allgemein Photonen mit 10 bis 1500 ev Energie auf Festkörper

6 PES allgemein Photonen mit 10 bis 1500 ev Energie auf Festkörper Photoeffekt: Auslösung von Elektronen

7 PES allgemein Photonen mit 10 bis 1500 ev Energie auf Festkörper Photoeffekt: Auslösung von Elektronen Messung der Elektronenenergien und Anzahl

8 PES allgemein Photonen mit 10 bis 1500 ev Energie auf Festkörper Photoeffekt: Auslösung von Elektronen Messung der Elektronenenergien und Anzahl Chemische Zusammensetzung des Festkörpers, vor allem der Oberfläche

9 PES allgemein Photonen mit 10 bis 1500 ev Energie auf Festkörper Photoeffekt: Auslösung von Elektronen Messung der Elektronenenergien und Anzahl Chemische Zusammensetzung des Festkörpers, vor allem der Oberfläche Elektronische Struktur mit ARPES (angleresolved PES)

10 Experimenteller Aufbau

11 Experimenteller Aufbau

12 Experimenteller Aufbau Unterschiedliche Klassifikationen: ARPES (angle-resolved) IPES (inverse PES) XPS (Röntgen) UPS (UV-Licht) Koinzidente PES (>1 Elektron ausgelöst)

13 Experimenteller Aufbau Lichtquellen

14 Experimenteller Aufbau Lichtquellen Gasentladungslampe

15 Synchrotron Experimenteller Aufbau Lichtquellen

16 Experimenteller Aufbau Lichtquellen Synchrotron Vorteile: Monochromator erlaubt Auswahl der Photonenergie aus breitem Spektrum Hohe Intensität Variable Polarisation Messungen auf niedrigen Zeitskalen (< ns)

17 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung

18 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung Übergangswahrscheinlichkeit nach Fermis Goldener Regel:

19 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung Übergangswahrscheinlichkeit nach Fermis Goldener Regel: WW-Hamiltonian in Coulombeichung und linearer Approximation:

20 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung

21 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung Kinetische Energie eines Photoelektrons:

22 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung Kinetische Energie eines Photoelektrons: Intensität des Lichts: beeinflusst Anzahl der Photoelektronen, aber nicht die kinet. Energie

23 Beispiel: PES-Spektrum

24 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung Kinetische Energie eines Photoelektrons: Intensität des Lichts: beeinflusst Anzahl der Photoelektronen, aber nicht die kinet. Energie Impulserhaltung: (Impuls des Photons vernachlässigbar)

25 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung Impuls senkrecht zur Oberfläche nicht erhalten! Impulserhaltung: (Impuls des Photons vernachlässigbar)

26 Photon-Elektron-Wechselwirkung Photoeffekt und Impulserhaltung Impuls senkrecht zur Oberfläche nicht erhalten! k gesamt lässt sich zumindest bei niedrigdimensionalen Systemen oder durch zusätzliche Annahmen bestimmen

27 Photon-Elektron-Wechselwirkung Mittlere freie Weglänge von Photoelektronen

28 Photon-Elektron-Wechselwirkung Mittlere freie Weglänge von Photoelektronen Betrachte Bereich ev: Mittl. freie Weglänge e- ca. 5 Angström

29 Photon-Elektron-Wechselwirkung Mittlere freie Weglänge von Photoelektronen Betrachte Bereich ev: Mittl. freie Weglänge e- ca. 5 Angström Photonen: etwa 1000 Angström

30 Photon-Elektron-Wechselwirkung Mittlere freie Weglänge von Photoelektronen Betrachte Bereich ev: Mittl. freie Weglänge e- ca. 5 Angström Photonen: etwa 1000 Angström Die PES ist also sehr oberflächensensitiv!

31 Deutung der Messergebnisse

32 Experiment vs. Theorie

33 Aktuelle Anwendungen Aktuell: 2 mev Energieauflösung, 0.2 Winkelauflösung (2003) Untersuchung von Kuprat-Supraleitern Beobachtung von dispersiven elektronischen Eigenschaften d-wellen Energielücke im Supraleiter

34 Quellen Andrea Damascelli et al.: Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors, Reviews of Modern Physics Volume 75, April 2003, pp title=datei:edelgase_in_entladungsroehren.jpg&filetimestamp=

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