Laboratorio di Spettroscopia Elettronica Versatile (VESI)

Il laboratorio di spettroscopie elettroniche VESI (Versatile Electron Spectroscopy Instrumentation) è composto da un sistema di camere per ultra-alto vuoto (pressione nell’ordine di 10^-10 mbar) interconnesse tra loro. La prima camera (a), dedicata alla preparazione dei campioni, dispone di una serie di evaporatori per la crescita epitassiale da fasci molecolari (MBE - Molecular Beam Epitaxy) di film sottili, in vuoto o in atmosfera controllata di ossigeno. Lo spessore dei film cresciuti è calibrato, con la precisione del singolo strato atomico o inferiore, tramite una microbilancia al quarzo. La camera di preparazione dispone anche di un sistema di bombardamento ionico con Ar⁺ (usato per la eliminazione dei contaminanti superficiali), di un riscaldatore a bombardamento elettronico in grado di scaldare i campioni fino ad una temperatura di oltre 2000 K e di un diffrattometro con elettroni a bassa energia (LEED - Low Energy Electron Diffraction). La camera può essere connessa con un ulteriore sistema da vuoto (b) dedicato alla crescita di film molecolari tramite MBE organica (OMBE – Organic MBE).

La camera di misura (c) ospita invece una sorgente di raggi X a doppio anodo Mg/Al (energie di fotone pari a 1253.6 e 1486.6 eV, rispettivamente), una sorgente di fotoni ultravioletti a scarica di He (energia di fotone pari a 21.2 e 40.8 eV), un rivelatore di elettroni emisferico (HEA - Hemispherical Electron Analyzer) con polarimetro Mott per misure spin-risolte ed un sistema per fotoemissione inversa risolta in spin (costituito da un’ottica di focalizzazione di fasci elettronici e un rivelatore di fotoni passa-banda a 9.6 eV). Il fascio di elettroni con polarizzazione di spin è ottenuto da fotocatodi di GaAs opportunamente preparati in una camera ausiliaria. Il campione è movimentato tramite un manipolatore a 4 assi munito di criostato (T_MIN~30 K) e può essere magnetizzato tramite campi magnetici impulsati generati da un solenoide (B_MAX~3 kG).

Il sistema permette di realizzare esperimenti di spettroscopia di fotoemissione con raggi X (XPS – X-ray Photoemission Spectroscopy) per lo studio della chimica del campione e dei livelli elettronici profondi, spettroscopia di fotoemissione con raggi ultravioletti (UPS – UV Photoemission Spectroscopy) per lo studio della banda di valenza dei solidi e spettroscopia di fotoemissione inversa (IPES – Inverse Photoemission Spectroscopy) per lo studio dei livelli elettronici non occupati, tutte anche con risoluzione di spin.

Bibliografia:

[1] G. Berti, A. Calloni, A. Brambilla, G. Bussetti, L. Duò, and F. Ciccacci, Review of Scientific Instruments 85 (2014) 073901 (DOI: 10.1063/1.4885447)

[2] M. S. Jagadeesh, A. Calloni, A. Brambilla, A. Picone, A. Lodesani, L. Duò, F. Ciccacci, M. Finazzi, and G. Bussetti, Applied Physics Letters 115 (2019) 082404 (DOI: 10.1063/1.5109750)

[3] A. Calloni, M. Cozzi, M. S. Jagadeesh, G. Bussetti, F. Ciccacci and L. Duò, Journal of Physics: Condensed Matter 30 (2018) 015001 (DOI: 10.1088/1361-648X/aa99c3)