BL07U

纳米自旋与磁学光束线站
线站介绍
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  纳米自旋与磁学光束线站(BL07U)采用两个并联的椭圆极化波荡器作为光源,光子能量覆盖50~2000eV,包括C, N, O等元素的K边,过渡金属的L边、稀土元素的M边等,光的偏振态可调;采用变包含角变刻线密度的平面光栅单色仪,能量分辨率在常用能段约为10000(E/△E);有两条分支线,一条分支建有Nano-APRES实验站,另一条建有 Spin-ARPES、矢量磁场和超导强磁场三个实验站。

科学目标
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上海光源BL07U纳米自旋与磁学光束线站包括四个实验站,主要针对特色的角分辨光电子能谱和软X射线磁圆/线二色实验技术。

角分辨光电子能谱(Angle-resolved photoemission spectroscopy, ARPES)的原理是基于光电效应:当X射线照到样品表面,样品内的电子吸收光子能量而逃逸出材料表面,产生光电子。此过程中能量守恒且动量守恒,通过能量分析器可以测量出光电子在空间不同角度的能量和数量,获得材料内部电子的能量、动量等信息。随着用户对同步辐射技术升级的需求,发展特色型的ARPES技术势在必行。Nano-ARPES的核心思路是,将同步辐射光微聚焦至亚微米/百纳米甚至更小光斑,配合高稳定性样品设计及分析器与样品的相对转动,实现具有高空间分辨率的电子结构ARPES测量。基于相关技术对研究如下样品的电子结构具有重要意义:1)晶格三维性强,具有较差解离情况及较多杂乱解离面的样品;2)具有多种解离面,或形成空间相分离的样品体系;3)通过机械剥离,CVD生长等方法获得的小尺寸样品,如纳米片,纳米棒,纳米线等;4)通过微纳加工技术制备的微纳电子学器件等。Spin-ARPES实验站配备了Scienta Omicron DA30L能量分析器及自研的新一代VLEED反射图像型电子自旋分析器,可研究电子自旋的关联相互作用和自旋轨道耦合作用,是世界所有同类实验装置中效率最高的。

同时, BL07U还包含两个用于测量软X射线磁二色谱的实验站:八极电磁铁实验站和超导强磁场实验站。两个实验站都能给样品提供原位低温和磁场,可以测量高信噪比的软X射线近边吸收谱和磁圆/线二色谱。磁二色谱具有元素选择性,能区分自旋磁矩和轨道磁矩对磁性的贡献,是研究磁学和自旋电子学的一种无法替代的手段。

 

• 材料科学 (磁学,磁性材料及器件,纳米材料,表面物性,超导电性,高温超导,

• 关联电子谱 (低维材料及器件,拓扑材料,电子结构)

• 凝聚态物理

• 固体物理学

线站布局图
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线站指标
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实验站
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1.矢量八极电磁铁系统 
• 磁场:最大0.9T(主轴方向);最大0.6T(任意方向)
• 样品温区:15K~400K;
• 样品可沿竖直方向运动及绕竖直方向转动;
• 探测方式:全电子产额, 荧光产额
• 原位偏压测试
 
2.超导强磁场系统
• 磁场:水平面内 9T(沿X-ray)+4T;>2.5T(水平面内任意)
• 样品温区:4K~300K;
• 样品可沿竖直方向运动及绕竖直方向转动;
• 探测方式:全电子产额;
• 聚焦光斑:80*60um
 
3.纳米-角分辨光电子实验站: 具有空间分辨能力的角度分辨光电子能谱仪
• 主腔转动范围:±15°
• 样品转动范围:±15°
• 样品处光斑尺寸:200nm×200nm
• 谱仪能量分辨率:≤ 10meV@91eV
 
4.自旋-角分辨光电子能谱实验站: 探测材料的电子自旋结构
• 谱仪能量分辨率:≤ 30meV@91eV
• 动量分辨率:0.5°;
• 自旋分析器总效率:> 40
 
5.时间分辨腔体Picosecond time resolution testing chamber
• 同步加速器频率;
• 原位磁场、微波场;
• 最小延时调节:5ps;
• TFY采集;
• 变温(10K-400K)
数据采集与处理
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光束线控制系统的软件采用 EPICS(实验物理与工业控制系统)软件包开发。根据 EPICS 的分布式特点,硬件包括三层:操作界面(OPI)、输入/输出控制器(IOC)和驱动程序或监视器。操作界面(OPI)是一台 HP PC,运行带有 Linux 操作系统和 EPICS 高级工具的操作界面。整个系统运行稳定,并可根据用户要求提供灵活的工作环境。根据实验需求,开发了基于 Bluesky 套件的统一且可扩展的数据采集系统。目前已应用于整个实验站,该系统最多可采集 5 个通道信号,能够同时采集实验样品和标准样品的总电子产率信号以及入射光子通量信号。所有设备都可以抽象为电机或探测器,用 Python 对象表示。利用开发的架构、模块和界面,该系统可以高效、轻松地扩展到更多的光束线。