角分辨光電子能譜儀(ARPES)因其具有能量和動(dòng)量分辨能力，是探測(cè)材料能帶結(jié)構(gòu)的重要手段。隨著超快激光技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)合泵浦-探測(cè)技術(shù)的超快角分辨光電子能譜儀(TR-ARPES)由于兼具時(shí)間分辨能力，可以用來(lái)探測(cè)非平衡態(tài)的電子能帶信息，因此近年來(lái)備受人們的重視。特別是基于高次諧波產(chǎn)生(HHG)的TR-ARPES還具有光子能量高、光子能量可調(diào)諧的優(yōu)點(diǎn)，使得其探測(cè)范圍可以覆蓋到大范圍布里淵區(qū)，在電荷密度波(CDW)材料、過(guò)渡金屬二硫化物(TMD)材料的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究中具有重要的作用。

近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心極端條件物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁洪研究組(EX7組)的博士生陳發(fā)民、潘默君、劉俊德在錢天研究員和運(yùn)晨霞副主任工程師的指導(dǎo)下，研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)基于高重復(fù)頻率、高通量高次諧波光源的超快角分辨光電子能譜儀(HHG-TRARPES)，并通過(guò)了專家的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試(圖1)。該儀器系統(tǒng)配備了六軸低溫樣品臺(tái)，DA30半球分析器，極限真空優(yōu)于10-10torr，最低溫度小于6K，其光子能量連續(xù)可調(diào)(20-60eV)，重復(fù)頻率為0.4MHz。第18階次光子(21.6eV)的能量分辨率為109meV，時(shí)間分辨率為120fs，樣品位置處的光通量約為1011ph/s，綜合參數(shù)達(dá)到世界同類型設(shè)備的一流水平。此外，全設(shè)備接入自主開發(fā)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了集成化、智能化、便捷化操作，時(shí)間和角度聯(lián)動(dòng)掃譜，內(nèi)置真空自鎖與保護(hù)功能。目前實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)拓?fù)浣^緣體Bi2Se3未占據(jù)態(tài)和電荷密度波材料1T-TiSe2能帶動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程的測(cè)量(圖2和圖3)。這一設(shè)備的搭建完成，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，為未來(lái)研究量子材料中電子的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程、未占據(jù)態(tài)以及新型電子態(tài)提供了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

這項(xiàng)工作及相關(guān)研究得到北京市科委、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)和中國(guó)科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目等項(xiàng)目的大力支持。高次諧波光源部分得到光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室L07組趙昆副研究員、魏志義研究員及聯(lián)培博士生王佶、許思源等人的密切協(xié)助與配合。