角分辨光电子能谱技术及其应用进展 - 物理学进展.PDFVIP

第 22 卷 　第 3 期 物 　理 　学 　进 　展 Vol . 22 ,No . 3 　2002 年 9 月 PRO GR ESS IN PH YSICS Sept . ,2002 文章编号 (2002) 0303 122 1 角分辨光电子能谱技术及其应用进展 李拥华 ,徐彭寿 ,徐法强 ,潘海斌 ( 中国科学技术大学, 国家同步辐射实验室,合肥　230029) ( ) 摘　要 : 　角分辨光电子能谱 ARPES 是研究晶体表面电子结构 ,如能带 , 费米面 , 以及多 体相互作用的重要工具。本文概述了光电子激发的一般过程和单粒子近似下的理论模型。 ( ) ( 详细讨论了角分辨光电子能谱的能带勾画 Energy Band Mapping 和费米面成像 Fermi ) Surface Mapping 技术 , 以及高分辨下的角分辨光电子能谱在强相关体系研究中的应用。文 章最后简单介绍了当前角分辨光电子能谱研究的新进展 ,如研究宽禁带半导体材料的表面电 子结构 ,有机功能材料与金属的界面 ,金属超薄膜中的量子阱态 , 以及高温超导机理研究等。 关键词 : 　角分辨光电子能谱 ;能带 ;费米面 ;多体相互作用 ; 电子结构;表面 ; 同步辐射 中图分类号: 　7110 　　　　　　　　　文献标识码 : 　A 0 　引　言 光电子能谱的历史可以一直追溯到 1887 年赫兹发现光电效应。其后 ,相当长的一段 时间内 ,光电发射现象一直是被研究的对象。后来 , 随着超高真空技术 , 电子探测技术以 及光电发射理论的逐渐完善 ,光电子能谱特别是角分辨光电子能谱才真正作为一种实验 手段引起人们的重视。可以说 70 年代是光电子发射理论发展的重要时期 ,从 80 年代开 始角分辨光电子能谱作为一种实验手段取得了飞速的发展。在这期间 ,无论是在实验技 术上还是在理论上角分辨光电子能谱都取得了长足的进步。现在 ,它已经发展成为一种 重要的表面分析工具 ,对于确定晶体表面的电子结构具有不可替代的作用[1～3 ] 。同时 , 随着分辨率的不断提高 ,现在的高分辨率能谱仪已经能够达到 1 meV 的能量分辨和 0. 1° 的角度分辨。这时 ,从角分辨的光电发射谱中不仅能得到单粒子近似下能带结构的信息 , 同时也能得到多体相互作用的信息。因此 ,现在的高分辨率角分辨光电子能谱在高温超 导材料[4～7 ] ,重费米子体系[8 ] ,表面电声耦合现象[9 ,10 ] , 以及其它低维体系[11 ] 中的强相 互作用的研究中发挥了越来越重要的作用 ,并取得了一系列新的发现。下面我们就从光 电子激发的基本原理出发,简要介绍角分辨光电子能谱的基本原理 ,实验技术 , 以及角分 收稿日期 ( ) 基金项目 : 中国科技大学高水平大学科研基地建设专项经费资助课题 KY1603 　3 期 李拥华等 :角分辨光电子能谱技术及其应用进展 3 13 辨光电子能谱应用的必威体育精装版进展 。 1 　基本原理 1. 1 　多体相互作用下的光电发射 从多体理论出发 ,在含时微扰的一级近似下 ,光电子的激发满足著名的“黄金定则” ( Golden Rules) [ 12 ] : 2 π δ 2 δ( ω) ( ) 跃迁几率 w = 〈k ; N - 1 , s H N , 0 〉 Ek , s - E0 - 1