Laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy
লেজার-ভিত্তিক কোণ-সমাধান করা আলোক-নির্গমন স্পেকট্রোস্কোপি হল কোণ-সমাধান করা আলোক-নির্গমন স্পেকট্রোস্কোপির একটি রূপ যা আলোর উৎস হিসাবে লেজার ব্যবহার করে। ফটোইমিশন স্পেকট্রোস্কোপি হল পৃষ্ঠের পদার্থবিজ্ঞান অধ্যয়নের জন্য একটি শক্তিশালী এবং সংবেদনশীল পরীক্ষামূলক কৌশল। এটি 1887 সালে হাইনরিখ হার্টজ দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা আলোক-বৈদ্যুতিক প্রভাবের উপর ভিত্তি করে এবং পরে 1905 সালে আলবার্ট আইনস্টাইন দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয় যে যখন কোনও উপাদান আলো দ্বারা আলোকিত হয়, তখন ইলেকট্রনগুলি ফোটনগুলি শোষণ করতে পারে এবং গতিশক্তি দিয়ে উপাদান থেকে বেরিয়ে আসতে পারেঃ, যেখানে আপতিত ফোটন শক্তি, উপাদানটির কার্যকারিতা। যেহেতু নির্গত ইলেকট্রনের গতিশক্তি অভ্যন্তরীণ বৈদ্যুতিন কাঠামোর সাথে অত্যন্ত যুক্ত, তাই ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি বিশ্লেষণ করে কেউ উপাদানটির মৌলিক ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি উপলব্ধি করতে পারে, যেমন স্থানীয় বন্ধনের ধরণ এবং বিন্যাস, বৈদ্যুতিন কাঠামো এবং রাসায়নিক গঠন। উপরন্তু, যেহেতু বিভিন্ন ভরবেগের ইলেকট্রনগুলি নমুনা থেকে বিভিন্ন দিকে বেরিয়ে যাবে, কোণ-সমাধানযুক্ত আলোক-নির্গমন স্পেকট্রোস্কোপি ব্যাপকভাবে বিচ্ছুরিত শক্তি-ভরবেগ বর্ণালী সরবরাহ করতে ব্যবহৃত হয়। 20-100 eV এর সাধারণ ফোটন শক্তি সহ সিনক্রোট্রন বিকিরণ আলোর উৎস ব্যবহার করে আলোক-নির্গমন পরীক্ষাটি পরিচালিত হয়। সিনক্রোট্রন আলো দ্বিমাত্রিক পৃষ্ঠ ব্যবস্থা অনুসন্ধানের জন্য আদর্শ এবং আপতিত ফোটন শক্তিকে ক্রমাগত পরিবর্তন করার জন্য অতুলনীয় নমনীয়তা প্রদান করে। যাইহোক, এই ত্বরক নির্মাণ ও রক্ষণাবেক্ষণের জন্য উচ্চ খরচ, মরীচি সময়ের জন্য উচ্চ প্রতিযোগিতা, সেইসাথে সর্বজনীন ন্যূনতম ইলেক্ট্রন মানে অপারেটিং ফোটন শক্তির (20-100 eV) চারপাশে উপাদানের মুক্ত পথ যা ত্রিমাত্রিক বাল্ক উপকরণ সংবেদনশীলতার মৌলিক প্রতিবন্ধকতার দিকে পরিচালিত করে, কোণ-সমাধানকৃত ফটোমিশন স্পেকট্রোস্কোপির জন্য একটি বিকল্প ফোটন উৎস কাম্য। যদি ফেমটোসেকেন্ড লেজার ব্যবহার করা হয়, তবে পদ্ধতিটি সহজেই পাম্প-প্রোব স্কিম চালু করে উত্তেজিত বৈদ্যুতিন অবস্থা এবং ইলেক্ট্রন গতিবিদ্যা অ্যাক্সেস করার জন্য প্রসারিত করা যেতে পারে, এছাড়াও দুই-ফোটন ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি দেখুন। কিছু গবেষণা গোষ্ঠী লেজার-ভিত্তিক এ. আর. পি. ই. এস ব্যাকগ্রাউন্ড টেবিল-টপ লেজার-ভিত্তিক সমাধান করা কোণ-নির্গমন স্পেকট্রোস্কোপি তৈরি করেছে। বোল্ডারের কলোরাডো বিশ্ববিদ্যালয়ের ড্যানিয়েল ডেসাউ প্রথম প্রদর্শন করেন এবং সুপারকন্ডাক্টিং সিস্টেম অন্বেষণে এই কৌশলটি প্রয়োগ করেন। এই অর্জনটি কেবল সুবিধার খরচ এবং আকারকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে না, তবে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণভাবে, কম ফোটন শক্তির কারণে অভূতপূর্ব উচ্চতর বাল্ক সংবেদনশীলতা প্রদান করে, সাধারণত 6 ইভি, এবং ফলস্বরূপ দীর্ঘ ফটোইলেক্ট্রন গড় মুক্ত পথ (2-7 এনএম) নমুনায়। এই সুবিধাটি দৃঢ়ভাবে পরস্পর সম্পর্কিত উপকরণ এবং উচ্চ-টিসি সুপারকন্ডাক্টরগুলির অধ্যয়নের জন্য অত্যন্ত উপকারী এবং শক্তিশালী যেখানে উপরের স্তরগুলি থেকে ফটোইলেক্ট্রনের পদার্থবিজ্ঞান বাল্ক থেকে আলাদা হতে পারে। বাল্ক সংবেদনশীলতায় প্রায় এক-ক্রম-মাত্রার উন্নতির পাশাপাশি, ভরবেগ রেজোলিউশনের অগ্রগতিও খুব তাৎপর্যপূর্ণঃ আপতিত ফোটনের শক্তি হ্রাস পেলে ফটোইলেক্ট্রনগুলি নির্গমন কোণে আরও বিস্তৃতভাবে ছড়িয়ে পড়বে। অন্য কথায়, ইলেকট্রন স্পেকট্রোমিটারের প্রদত্ত কৌণিক রেজোলিউশনের জন্য, নিম্ন ফোটন শক্তি উচ্চতর ভরবেগ রেজোলিউশনের দিকে পরিচালিত করে। একটি 6 ই. ভি লেজার-ভিত্তিক এ. আর. পি. ই. এস-এর সাধারণ ভরবেগ রেজোলিউশন 50 ই. ভি সিনক্রোট্রন বিকিরণ এ. আর. পি. ই. এস-এর তুলনায় প্রায় 8 গুণ ভাল। এছাড়াও, কম ফোটন শক্তির কারণে আরও ভাল গতিবেগ রেজোলিউশনের ফলে এ. আর. পি. ই. এস-এর কাছে কম কে-স্পেস অ্যাক্সেসযোগ্য হয় যা আরও সুনির্দিষ্ট বর্ণালী বিশ্লেষণে সহায়ক। উদাহরণস্বরূপ, 50টি ই. ভি. সিনক্রোট্রন এ. আর. পি. ই. এস-এ, প্রথম 4টি ব্রিলউইন অঞ্চল থেকে ইলেকট্রনগুলি আলোক-ইলেকট্রন বিশ্লেষণের পটভূমিতে অবদান রাখতে উত্তেজিত এবং ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকবে। যাইহোক, 6 ই. ভি. এ. আর. পি. ই. এস-এর ক্ষুদ্র ভরবেগ শুধুমাত্র প্রথম ব্রিলউইন অঞ্চলের কিছু অংশে প্রবেশ করবে এবং তাই শুধুমাত্র কে-স্পেসের ছোট অঞ্চল থেকে সেই ইলেকট্রনগুলি নির্গত এবং পটভূমি হিসাবে সনাক্ত করা যেতে পারে। দুর্বল ভৌত পরিমাণ, বিশেষ করে উচ্চ-টিসির অতিপরিবাহী পরিমাপ করার সময় হ্রাসপ্রাপ্ত স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ পটভূমি কাম্য। পরীক্ষামূলক উপলব্ধি প্রথম 6টি ই. ভি লেজার-ভিত্তিক এ. আর. পি. ই. এস সিস্টেমে একটি কের মোড-লকড টি. আই ব্যবহার করা হয়ঃ নীলমণি দোলক ব্যবহার করা হয় এবং আরেকটি দ্বিগুণ ফ্রিকোয়েন্সি এন. ডি দিয়ে পাম্প করা হয়ঃ 5 ওয়াটের ভ্যানেডেট লেজার এবং তারপর 70 এফ. এস এবং 6 এন. জে ডাল তৈরি করে যা 1 মেগাহার্টজ পুনরাবৃত্তির হারের সাথে প্রায় 840 এন. এম (1.5 ই. ভি) সুরযোগ্য। অ-রৈখিক দ্বিতীয় হারমোনিক প্রজন্মের আলোর দুটি পর্যায় β-বেরিয়াম বোরেটে টাইপ I ফেজ ম্যাচিংয়ের মাধ্যমে সঞ্চালিত হয় এবং তারপরে 210 এনএম (~ 6 ইভি) সহ চতুর্ভুজ আলো তৈরি করা হয় এবং অবশেষে কেন্দ্রীভূত হয় এবং আল্ট্রা-হাই ভ্যাকুয়াম চেম্বারে নিম্ন-শক্তি ফোটন উৎস হিসাবে নির্দেশিত হয় যা নমুনার বৈদ্যুতিন কাঠামো তদন্ত করে। প্রথম প্রদর্শনীতে, ডেসাউ-এর দল দেখিয়েছে যে সাধারণ সামনের হারমোনিক বর্ণালীটি গাউসিয়ান প্রোফাইলের সাথে খুব ভালভাবে খাপ খায় যার পূর্ণ প্রস্থ অর্ধেক সর্বোচ্চ 4.7 মেগাওয়াট এবং সেইসাথে 200 মাইক্রোওয়াট শক্তি উপস্থাপন করে। উচ্চ প্রবাহ (~ 1014-1015 ফোটন/সেকেন্ড) এবং সংকীর্ণ ব্যান্ডউইথের কার্যকারিতা লেজার-ভিত্তিক এ. আর. পি. ই. এস-কে সিনক্রোট্রন বিকিরণ এ. আর. পি. ই. এস-কে অভিভূত করে তোলে যদিও সেরা আনডুলেটর বিমলাইন ব্যবহার করা হয়। আরেকটি লক্ষণীয় বিষয় হল যে চারগুণ আলোকে 1/4 তরঙ্গ প্লেট বা 1/2 তরঙ্গ প্লেটের মধ্য দিয়ে যেতে দেওয়া যেতে পারে যা বৃত্তাকার মেরুকরণ বা এ. আর. পি. ই. এস-এ যে কোনও রৈখিক মেরুকরণ আলো তৈরি করে। যেহেতু আলোর মেরুকরণ সংকেত এবং পটভূমির অনুপাতকে প্রভাবিত করতে পারে, তাই আলোর মেরুকরণ নিয়ন্ত্রণ করার ক্ষমতা সিনক্রোট্রন এ. আর. পি. ই. এস-এর তুলনায় একটি অত্যন্ত উল্লেখযোগ্য উন্নতি এবং সুবিধা। পরিচালন ও রক্ষণাবেক্ষণের জন্য কম খরচ, উন্নত শক্তি ও গতিবেগ রেজোলিউশন এবং উচ্চতর প্রবাহ এবং ফোটন উৎসের মেরুকরণ নিয়ন্ত্রণের সহজতা সহ পূর্বোক্ত অনুকূল বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে, লেজার-ভিত্তিক এআরপিইএস নিঃসন্দেহে ঘনীভূত পদার্থবিজ্ঞানে আরও পরিশীলিত পরীক্ষা-নিরীক্ষা পরিচালনার জন্য নিযুক্ত হওয়ার জন্য একটি আদর্শ প্রার্থী। অ্যাপ্লিকেশন হাই-টিসি সুপারকন্ডাক্টর লেজার-ভিত্তিক এআরপিইএস-এর শক্তিশালী ক্ষমতা দেখানোর একটি উপায় হল উচ্চ টিসি সুপারকন্ডাক্টর অধ্যয়ন করা। নিম্নলিখিত পরিসংখ্যানগুলি এই প্রকাশনার উল্লেখ করে। চিত্র. 1 ব্রিলউইন অঞ্চলের নোডাল দিক বরাবর সুপারকন্ডাক্টিং Bi2Sr2CaCu2O8 + d-এর বাইন্ডিং শক্তি বনাম ভরবেগ, পরীক্ষামূলক বিচ্ছুরণ সম্পর্ক দেখায়। চিত্র. 1 (খ) এবং চিত্র। 1 (সি) যথাক্রমে 28 ই. ভি এবং 52 ই. ভি এর সিনক্রোট্রন আলোর উৎস দ্বারা নেওয়া হয়, সেরা আনডুলেটর বিমলাইন সহ। শক্তিশালী লেজার-ভিত্তিক এ. আর. পি. ই. এস দ্বারা উল্লেখযোগ্যভাবে তীক্ষ্ণ বর্ণালী শিখর, কাপরেট সুপারকন্ডাক্টরের অর্ধ-কণার প্রমাণ চিত্রে দেখানো হয়েছে। 1 (এ)। এটি সিনক্রোট্রন এআরপিইএস থেকে উচ্চ শক্তির সাথে টেবিল-টপ লেজার থেকে কম ফোটন শক্তিতে বিচ্ছুরণ শক্তি-ভরবেগ সম্পর্কের প্রথম তুলনা। (ক)-এ আরও স্পষ্ট বিচ্ছুরণ উন্নত শক্তি-গতিবেগ রেজোলিউশনের পাশাপাশি অনেক গুরুত্বপূর্ণ শারীরিক বৈশিষ্ট্য নির্দেশ করে, যেমন সামগ্রিক ব্যান্ড বিচ্ছুরণ, ফার্মি পৃষ্ঠ, সুপারকন্ডাক্টিং ফাঁক এবং ইলেক্ট্রন-বোসন কাপলিং দ্বারা একটি কিঙ্ক সফলভাবে পুনরুত্পাদন করা হয়। এটা অনুমান করা যায় যে অদূর ভবিষ্যতে লেজার-ভিত্তিক এ. আর. পি. ই. এস ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হবে ঘনীভূত পদার্থের পদার্থবিজ্ঞানীদের বহিরাগত পদার্থগুলিতে অতিপরিবাহীতার প্রকৃতি সম্পর্কে আরও বিস্তারিত তথ্য পাওয়ার পাশাপাশি অন্যান্য অভিনব বৈশিষ্ট্যগুলি যা অত্যাধুনিক প্রচলিত পরীক্ষামূলক কৌশল দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা যায় না। সময়-সমাধানকৃত ইলেক্ট্রন গতিবিদ্যা ফেমটোসেকেন্ড লেজার-ভিত্তিক এ. আর. পি. ই. এস-কে সময়-সমাধানকৃত আলোক-নির্গমন এবং দুই-ফোটন আলোক-ইলেকট্রন বর্ণালীবিন্যাসে উত্তেজিত অবস্থাগুলিতে বর্ণালীবীক্ষণিক প্রবেশাধিকার দেওয়ার জন্য প্রসারিত করা যেতে পারে। প্রথম ফোটনের সাথে একটি ইলেক্ট্রনকে উচ্চতর স্তরের উত্তেজিত অবস্থায় পাম্প করে, পরবর্তী বিবর্তন এবং সময়ের ফাংশন হিসাবে বৈদ্যুতিন অবস্থার মিথস্ক্রিয়া দ্বিতীয় প্রোবিং ফোটন দ্বারা অধ্যয়ন করা যেতে পারে। ঐতিহ্যবাহী পাম্প-প্রোব পরীক্ষাগুলি সাধারণত কিছু আলোকীয় ধ্রুবকের পরিবর্তনগুলি পরিমাপ করে, যা প্রাসঙ্গিক পদার্থবিজ্ঞান পেতে খুব জটিল হতে পারে। যেহেতু এআরপিইএস বৈদ্যুতিন কাঠামো এবং মিথস্ক্রিয়া সম্পর্কে প্রচুর বিশদ তথ্য সরবরাহ করতে পারে, তাই পাম্প-প্রোব লেজার-ভিত্তিক এআরপিইএস সাব-পিকোসেকেন্ড রেজোলিউশনের সাথে আরও জটিল বৈদ্যুতিন ব্যবস্থা অধ্যয়ন করতে পারে। সারাংশ এবং দৃষ্টিভঙ্গি যদিও কোণ-সমাধান করা সিনক্রোট্রন বিকিরণ উৎসটি পৃষ্ঠের বিচ্ছুরণ শক্তি-গতি বর্ণালী তদন্তের জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, লেজার-ভিত্তিক এআরপিইএস আরও ভাল শক্তি এবং গতিবেগ রেজোলিউশনের সাথে আরও বিশদ এবং বাল্ক-সংবেদনশীল বৈদ্যুতিন কাঠামো সরবরাহ করতে পারে, যা দৃঢ়ভাবে পরস্পর সম্পর্কিত বৈদ্যুতিন ব্যবস্থা, উচ্চ-টিসি সুপারকন্ডাক্টর এবং বহিরাগত কোয়ান্টাম সিস্টেমে ফেজ ট্রানজিশন অধ্যয়নের জন্য সমালোচনামূলকভাবে প্রয়োজনীয়। উপরন্তু, পরিচালনার জন্য কম খরচ এবং উচ্চতর ফোটন ফ্লাক্স লেজার-ভিত্তিক এআরপিইএসকে পরিচালনা করা সহজ করে তোলে এবং পৃষ্ঠ বিজ্ঞানের জন্য অন্যান্য আধুনিক পরীক্ষামূলক কৌশলগুলির মধ্যে আরও বহুমুখী এবং শক্তিশালী করে তোলে। আরও দেখুন ফটোইমিশন এআরপিইএস টু-ফোটন ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি সিনক্রোট্রন বিকিরণ এক্সপিএস ফার্মি পৃষ্ঠ লেজার নিবন্ধের তালিকা রেফারেন্স নির্গমন স্পেকট্রোস্কোপি সিনক্রোট্রন-সম্পর্কিত কৌশল