Multidimensionell elektronspektroskopi

Tidsperiod:

1 januari 2016 – 31 december 2017

Projektledare:

Nils Mårtensson

Projektdeltagare:

Svante Svensson, Torsten Leitner, Yasmine Sassa, Melanie Mucke

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

1 600 000 SEK

Elektronspektroskopi är ett utomordentligt kraftfullt verktyg inom materialvetenska-pen. Metoden går ut på att slå ut elektroner från material med hjälp av ultraviolett ljus eller röntgenstrålning och sedan mäta den kinetiska energin på de utgående elektronerna. Om man vet energin för fotonerna kan man subtrahera den kinetiska energin och får därmed fram bindningsenergin, den storhet som talar om hur hårt elektronerna sitter fast i materialet. Detta är basen för att studera elektronstrukturen, dvs hur elektronerna fördelar sig och rör sig materialet. Atomerna i ett material binder till varandra och man kan populärt säga att det är elektronerna som utgör själva kittet mellan atomerna. Det är alltså av fundamental betydelse att kunna studera elektronerna för att förstå materialens egenskaper. Modern elektronspektroskopi bedrivs i hög grad vid avancerade synkrotronljusanläggningar där man har tillgång till oerhört intensiv röntgenstrålning. Vid MAX-lab i Lund är röntgenstrålen lika tunn som ett hårstrå men bär 1 kW röntgeneffekt! Detta möjliggör studier av små objekt med rimliga mättider. Den stora svårigheten inom elektronspektroskopin är att kunna mäta elektronernas energier med hög upplösning samtidigt som man behåller transmissionen i spektrometern. Vid utnyttjande av en och samma mätprincip leder alltid bättre upplösning till sämre transmission och vice versa. För att åstadkomma ett genombrott med avseende på båda parametrarna måste man alltså finna en ny princip för mätningarna. Det är exakt detta vi nyligen har lyckats med i samverkan med VG Scienta AB. Det nya instrument vi utvecklat har 250 gånger högre transmission än nuvarande högupplösande spektrometrar. Instrumentet har fått namnet ArTOF (Angular resolved Time Of Flight) spektrometer. Datainsamlingen sker multi-dimensionellt så att man studerar energin för de utgående elektronerna samtidigt som man mäter den vinkel de går ut i. Dessutom har man följa oerhört snabba förlopp. Sammantaget utgör detta ett genombrott för ett antal discipliner som är beroende av att man kan mäta elektronstrukturen i detalj, och även följa hur elektronerna rör sig. Ett sådant område är studier av hur energi och hastighet hänger samman för elektroner i ett material. (Detta brukar kallas bandstrukturen). Man kan även utnyttja den höga transmissionen till att minska lasten av röntgenstrålning så att bräckliga molekyler kan studeras, vilket är av intresse bl.a. för studier av tunna filmer som används för solceller mm. Projektet syftar till att utnyttja detta genombrott och undersöka vilka nya typer av mätningar detta möjliggör.