角分辨光电子能谱技术是测量物质电子结构的最直接的手段之一，是在相空间给“电子拍照”的照相术，目前能够精确地测量电子的能量和动量，但电子状态的另一重要维度“自旋”却由于测量上的困难，无法有效测量。我校物质学院光子科学及凝聚态物理研究部特聘教授乔山课题组近期在这一领域取得了重大突破，研制成功首台拥有自主知识产权的、基于自旋交换相互作用的多通道超高效率自旋分辨光电子谱仪。
物质的物理、化学性质都是由物质中的电子状态所决定的。随着科技发展，通过物质的电子状态来设计和调控物质的量子行为已经成为可能。调控物质特性和研究其形成机理，精准测量物质中的电子状态至关重要，其核心是测量物质中的电子在能量、动量和自旋空间中的分布（物质中的电子状态仅有这3个好量子数）。角分辨光电子能谱在近三十年来得到了迅猛发展，主要得益于高分辨多通道电子能量分析器的发明和进步，最新型的角分辨光电子谱仪已经可以提供电子在能量和动量空间的准确分布。
电子的自旋是另一个物理学可测量的基本状态参量。现代凝聚态物理的许多重大发现，如磁性、超导、超流、量子霍尔效应、近藤效应、巨磁阻效应、自旋密度波、拓扑绝缘体等都起源于强相关联或自旋-轨道相互作用，而这两种相互作用都和电子自旋密切相关。由于缺乏多通道电子自旋分析器，进行能量、动量、自旋全参量电子状态测量的自旋分辨光电子谱仪仅能在传统的单通道测量模式下工作，成为阻碍凝聚态物理表征测量及相关科学领域发展的一个瓶颈问题。
近期，在国家自然科学基金委重大科研仪器设备研制专项“基于上海同步辐射光源的能源环境新材料原位电子结构综合研究平台”和物质学院光子科学和凝聚态物理研究部平台基金的支持下，乔山课题组与合作者建成了世界首台基于交换相互作用的图像性多通道电子自旋分析器，突破了以往自旋分辨的单通道测量模式，并以此为基础构建了一台超高效率自旋分辨光电子谱仪，可以实现6786道的多通道测量，具有比目前商品化谱仪高54万倍的测量效率。这一核心技术将完全改变自旋分辨光电子谱研究领域的现状。该研究成果已于2016年4月28日在《Physical Review Letters》发表。
这一拥有自主知识产权的核心探测技术还将被应用在我校负责的上海光源二期工程“纳米自旋与磁学的用户束线”，服务广大科学用户。在物质学院的持续支持下，乔山课题组正在研发第二代自旋分辨光电子谱仪。
文章链接: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.177601
