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Concept
Spectroscopie photoélectronique résolue en angle
Résumé
vignette|Dispositif expérimental de spectroscopie photoélectronique résolue en angle|alt=|300x300px
La spectroscopie photoélectronique résolue en angle (ARPES), est une technique expérimentale directe permettant l'observation de la distribution des électrons (plus précisément, la densité des excitations électroniques) dans l'espace réciproque des solides. Cette technique est une spécialisation de la spectroscopie de photoémission ordinaire. L'étude de la photoémission des électrons contenus dans un échantillon est habituellement réalisée en illuminant avec des rayons X doux. ARPES est une des méthodes les plus directes pour étudier la structure électronique des solides.
ARPES donne des informations sur la direction, la vitesse et la dispersion des électrons de valence dans le solide étudié. Cela signifie que l'on peut déterminer l'énergie et la quantité de mouvement d'un électron ce qui permet d'obtenir un diagramme de bandes détaillé et la surface de Fermi.
La technique est également connue comme ARUPS (angle-resolved ultraviolet photoemission spectroscopy) lors de l'utilisation de la lumière ultraviolette (par opposition aux rayons X) pour générer de photoémission.
Le tracé des bandes, en physique de la matière condensée est le processus qui permet de détecter et mesurer les photoélectrons émis par la surface à différents angles. Ce processus est employé par l'ARPES. L'ARPES est utilisée pour sonder la structure électronique du solide, des surfaces et interfaces.
En traçant le diagramme de bandes, plusieurs propriétés fondamentales du solide peuvent être déterminées. On pourra notamment citer :
L'énergie cinétique de l'électron;
L'élasticité;
Propriétés électriques et magnétiques
Propriétés optiques.
Les états électroniques dans les solides sont décrits par les bandes d'énergie, lesquelles ont une énergie de bande qui suit une dispersion E(k) - Energie propre pour les électrons délocalisés dans un milieu cristallin selon le théorème de Bloch.
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vignette|Intérieur de la chambre à ultra-vide d'un microscope à effet tunnel.|alt=Photo de matériel scientifique à l'intérieur d'une enceinte prise par un hublot. L'ultravide est un niveau de vide très poussé, caractérisé par des pressions généralement inférieures à ou (soit , ou environ ). L'air dans une chambre à ultra-vide est donc des billions () de fois plus rare que dans l'atmosphère terrestre, dont la pression est de l’ordre de . Les techniques d'ultravide sont très utilisées dans la recherche, en microscopie et spectroscopie.
Spectroscopie photoélectronique
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En mécanique quantique et en physique de la matière condensée, la surface de Fermi est une limite abstraite utile pour prédire les caractéristiques électriques, magnétiques, etc. de matériaux, en particulier des métaux. La description de la surface de Fermi ne se fait pas dans le réseau cristallin réel, mais dans le réseau réciproque où l'énergie peut être directement exprimée en fonction de la quantité de mouvement. Le réseau réciproque est obtenu par une transformée de Fourier du réseau réel et est un outil indispensable pour la description des propriétés d'un solide en physique.
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