孟建桥
  • 职称:教授
  • 学科:物理学
  • 所在单位:物理与电子学院

教授 博士生导师 硕士生导师

所在单位:物理与电子学院
办公地点:新校区物理楼R328
联系方式:https://www.x-mol.com/groups/Meng_JQ?lang=zh
毕业院校:中国科学院物理研究所

学科:物理学


曾获荣誉: 2016-06-30  当选:  湖湘青年英才 2013-10-30  当选:  国家级人才入选者
科学研究

角分辨光电子谱

Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, ARPES 

角分辨光电子谱是研究固体电子结构的最直接的实验手段它能够直接提供单粒子格林函数的信息,对多体理论(many-body theories)的发展起到了巨大的作用.

光电子谱的研究最早可以追溯到1887年赫兹(Hertz)所做的光电效应实验,随后于1905年由爱因斯坦(Einstein)提出的光电效应方程对其做出了解释.当一束光照射到样品,样品内电子能够吸收光子并逃逸出样品表面.由于此过程中遵守能量守恒和动量守恒,所以通过能量分析器测出光电子在空间不同角度的能量和数量,就可以获得材料内部电子的能量和动量的信息.

在光电子发射过程中,垂直样品表面方向的平移对称性被破坏,电子从材料表面出射时,动量只在平行材料表面方向守恒,垂直方向不守恒(考虑更加复杂的内电势时是守恒的). 光电子发射过程中,能量守恒和动量守恒的公式为:

EB=hv-Ekin-f

K||=k||+G

EB为材料中电子能量,hv为入射光子能量;为材料功函数,即样品阻止价电子逃逸的表面势垒,通常金属功函数大约为4-5 eV;K||为电子动量平行于表面的分量,k||为出射电子动量水平分量,G为材料晶格倒格失. 其中ћK||=Sqrt(2mEkin)*sinq.


时间分辨角分辨光电子谱

Time-Resolved and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, TR-ARPES

常规的ARPES技术只能够探测材料的静态电子结构,无法直接研究它们的动力学过程. 而另一方面,材料内部相互作用的强度和尺度决定的物理过程,多发生在飞秒、皮秒乃至纳秒的时间尺度[Petek and Ogawa, Prog. Surf. Sci. 56(1997) 239.],即所谓超快过程。例如吸收光子后处于激发态的电子的弛豫过程,处在激发态的电子可以通过不同的途径回归到基态,如电子-电子、电子-声子、电子-杂质之间的相互作用等等。Tr-ARPES是在现有ARPES技术上的进一步发展,飞秒激光(λ=840 nm,hν =1.48 eV)经由一个分光片分成两束:一束功率较弱,通常作为泵浦光;另一束功率较高,经过四倍频系统倍频后作为探测光(λ=210 nm,hν = 5.92 eV). 泵浦光入射到样品,将样品激发到激发态,探测光经过一定的时间延迟之后(通过控制电动延迟位移台调节泵浦光和探测光到达样品的时间差)也照射到样品同一区域,空间上重叠(通常泵浦光尺寸比探测光大). 由于泵浦光的光子能量小于样品的功函数(通常约4~5 eV),自身无法单独激发出光电子,但是可以将样品激发到激发态;探测光对不同延迟时间下的电子结构进行测量,可以获得作为电子动量k||、能量ω以及泵浦-探测延迟时间t的函数的谱函数A(k||,ω, t). 新增加的时间维度,为电子结构测量提供了一个全新的视角,可以追踪电子结构随时间的演变,提供相关准粒子寿命和特征能量,由电子-电子和电子-声子相互作用而产生的时间尺度信息。这对研究材料中的相变以及超导产生机理尤其重要.

Tr-ARPES直接在时域内对材料的电子结构进行测量,能够测量动量分辨的非平衡态的能带结构;而且它还同时具有单光子光电子能谱和反光电子能谱的优点,能够同时探测占据态和非占据态的信息,这使得它成为电子动力学研究领域最有力的研究技术之一。通过TR-ARPES,我们才可以获得非常多的不一样的信息:(1)超快的光掺杂提供了不同于热平衡的进入不同相的途径;(2)从激发态弛豫回电子基态时,可以得到有关能隙形成机制的信息;(3)直接同时测量集体激发模式和单粒子激发等.


个人简介

       孟建桥,男,博士生导师,国家级人才入选者,湖南省“湖湘青年英才”。2004年湖南师范大学物理与信息学院学士,2009年中国科学院物理研究所获凝聚态物理理学博士。2009-2013年先后在加州大学圣克鲁兹分校和洛斯阿拉莫斯国家实验室从事博士后研究工作。2014年入职中南大学物理与电子学院。
       孟建桥博士长期从事高温超导体、重费米子、过渡金属硫族化合物等先进材料电子结构的时间分辨/角分辨光电子能谱研究。实验确定固体量子理论中现有方法的适用性,探索物质世界和自然规律。在Nature、Phys. Rev. Lett、Phys. Rev. B 等国际期刊发表论文40余篇。

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