角分辨光電子能譜(Angle resolved photoemission spectroscopy ,簡稱ARPES)利用光電效應研究固體的電子結構。1887年由德國物理學家赫茲發現，一束光照射在樣品表面，當入射光頻率高於特定閾值（功函式）時，表面附近的電子會脫離樣品，成為自由電子，這就是光電效應。在我們的ARPES實驗中，採用稀有氣體電離或者同步輻射作為光源。
基本介紹
- 中文名：角分辨光電子能譜
- 外文名：Angle resolved photoemission spectroscopy
- 簡稱：ARPES
- 作用：利用光電效應研究固體的電子結構
介紹,工作原理,
介紹
光電子在真空飛行的過程中，被一個接受角度很小的能量分析器收集計數。
工作原理
目前套用最廣的分析器測量光電子數與其出射角(即電子動量)和出射動能的函式關係。利用動能守恆定律和動量守恆定律，我們可以計算出樣品中電子的動能及動量。其中，能量守恆定率為：在這一過程中，系統的能量是守恆的：光電子的動能，材料的功函式以及電子的束縛能之和等於入射光子的能量。
其中，ħω為入射光能量，Ekin為出射光電子動能，ϕ為材料功函式(發生光電效應的最小光子能量)，EB為電子束縛能。我們的主要目的是得到樣品中電子束縛能與電子動量的函式關係。
垂直於樣品表面方向上晶體平移對稱性被破壞，導致在此方向上動量不再守恆。因此我們只能得到固體中的電子在平行於樣品表面方向上動量分量。光子的動量很小，與電子動量相比可以忽略。所以，按照圖中的幾何關係，平行於樣品表面方向的動量守恆定律可表示為：
角分辨光電子譜通過測量不同出射角度的光電子的動能，就可以得到電子在固體中平行於樣品表面的動量分量。其中P||為平行於樣品表面的選定方向上的動量分量,k||為固體中電子的波矢,me為電子質量,Ekin為電子的動能,θ電子出射角度。
將得到的能量與動量對應起來，就可以得到晶體中電子的色散關係。同時，ARPES也可以得到能態密度曲線和動量密度曲線，並直接給出固體的費米面。
