由中國科學院物理研究所周興江研究組、許祖彥院士研究組和理化技術研究所陳創(chuàng)天院士研究組共同攻關和研制的真空紫外激光角分辨光電子能譜儀獲得成功。近日，中國科學院綜合計劃局和基礎科學局在京召開了“超高能量分辨率真空紫外激光角分辨光電子能譜儀”成果鑒定會。專家組一致認為，該項儀器使用KBBF非線性光學晶體和通過棱鏡耦合PCT專利技術實現(xiàn)激光倍頻產(chǎn)生的真空紫外激光，在國際上首次成功地應用于高分辨角分辨光電子能譜儀上。
周興江介紹，該系統(tǒng)從設計、裝配、調(diào)試等全過程，全部自主獨立完成，其中涉及的非線性光學晶體和相關的激光倍頻專利技術，是我國的自主知識產(chǎn)權。真空紫外激光的使用，賦予了角分辨光電子能譜儀一些獨特的優(yōu)勢，把現(xiàn)有的技術提高到一個新的臺階。如采用的真空紫外激光能量分辨率為0.26meV，整體系統(tǒng)的能量分辨率達到0.68meV，是目前國際上角分辨光電子能譜達到的最佳能量分辨率，比通常的同步輻射光源提高了一個量級。動量分辨率也有顯著的提高。真空紫外激光產(chǎn)生的光束流量則比通常的同步輻射光源提高兩到三個量級。
“對一些材料，表面電子結構和體電子結構可能并不相同。而對先進材料，人們更關心的主要是它們的體性質。真空紫外激光使用的一個特殊的優(yōu)點，是有可能解決長期困擾光電子能譜技術的表面敏感問題。”周興江說。據(jù)了解，真空紫外激光光子的能量為6.994eV時，預計對應的樣品測量深度為100埃以上，比一般同步輻射光源（5~20埃）提高了近一個量級。采用典型的高溫超導材料Bi2212單晶解理表面，通過在氮氣或者空氣中暴露后能帶的測量，證明了測量的信號的確反映了材料的體效應。”
據(jù)了解，該系統(tǒng)是國際第一臺采用真空紫外激光作為光源的超高能量高分辨率角分辨光電子能譜儀。專家組認為，角分辨光電子能譜作為研究材料電子結構最直接和最有力的手段，在高溫超導研究和其他先進材料的電子結構研究中發(fā)揮了重要的作用，提供了許多關鍵的信息。
初步的實驗結果表明，該系統(tǒng)工作正常，測量的數(shù)據(jù)精確，對高溫超導體Bi2212的測量，獲得了線寬為12meV的能量分布曲線，這是目前所有文獻中測量的最窄線寬。對LSCO等高溫超導體的初步測量，表明該真空紫外激光角分辨光電子能譜儀適合于開展復雜體系的精細電子結構的研究。
中科院物理所趙忠賢院士認為，真空紫外激光角分辨光電子能譜儀的研制成功，為科學家開展電子結構的研究提供了重要的實驗手段和研究平臺。這臺設備本身具有許多獨特優(yōu)勢，特別是超高能量分辨率和對體效應敏感，將有可能開展原先同步輻射光源無法開展的工作。它的應用將為我國開展材料科學和前沿物理研究提供一個重要的科學平臺。
真空紫外激光角分辨光電子能譜儀的研制成功是我國在物理儀器設備方面的重大進展。大型頂尖設備超高能量分辨率角分辨光電子能譜儀的研制成功,是近年來中國科學院物理所堅持引進高水平人才和勇攀世界一流的又一典型事例。這項工作得到了中國科學院知識創(chuàng)新工程、國家科技部和國家自然科學基金委的大力支持。
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