L'expérience FEMTOARPES a pour principe la photoémission résolue en Angle (ARPES) et en temps à l’échelle de la femto-seconde. Le dispositif  est composé d’un échantillon placé sur un manipulateur sous ultra-vide (<10-10 mbar), éclairé par 2 faisceaux lasers pulsés (méthode pompe-sonde) et placé face à un analyseur qui permet le tri des électrons en angle et en énergie

Full characterization and optimization of a femtosecond ultraviolet laser source for time and angle-resolved photoemission on solid surfaces; J. Faure, J. Mauchain, E. Papalazarou, W. Yan, J. Pinon, M. Marsi, and L. Perfetti, Rev. Sci. Instrum. 83, 043109 (2012).

Projet FEMTOARPES

Laser femtoseconde infrarouge
 
Nous disposons d'un laser Titane Saphir commercial COHERENT. Oscillateur MICRA, amplificateur RegA. Un modulateur de phase (SILHOUETTE) permet de mesurer et de mettre en forme le profil temporel des impulsions laser. Le système a les caractéristiques suivantes:

• longueur d'onde 780 nm
• durée d'impulsion 35 fs
• fréquence de répétition 30-300 kHz
• énergie par impulsion: 6 microJoules (à 250 kHz)
• puissance moyenne: 1.6 W (à 250 kHz)

Géneration de 4th Harmonique et Amplificateur Paramétrique Optique

Nous avons développé une source UV basée sur le ⇒doublage ⇒ triplage ⇒quadruplage de fréquence dans des cristaux de BBO. Les caractéristiques de l'impulsion laser UV sont les suivantes:

• longueur d'onde 195 nm
• durée d'impulsion <50 fs
• fréquence de répétition 30-300 kHz
• énergie par impulsion: 40 picoJoules (à 250 kHz)
• puissance moyenne: 1E13 photons/seconde

Cross corrélation entre l'impulsion à 780 nm (pompe) et la 4th Harmonique (sonde).

Nous avons développé un amplificateur paramétrique optique avec les caractéristiques suivantes:

• longueur d'onde 450-700 nm
• durée d'impulsion 50 fs
• fréquence de répétition 30-300 kHz
• énergie par impulsion 80 nJ
• puissance moyenne 20 mW

La photoémission

Nous disposons d'un analyseur d'électrons hémisphérique de type PHOIBOS 150 de SPECS. Cet instrument nous permet de réaliser la photoémission résolue en angle (ou ARPES pour Angle Resolved PhotoEmission Spectroscopy) avec une haute résolution angulaire (<0.15°) et énergétique (quelque meV). Un système de lentilles électrostatiques permet de changer l’ouverture angulaire de la détection (de ±3° à ±14°) ainsi que la gamme d’énergies cinétiques observées.  Un manipulateur 5 axes (x-y-z-theta-phi) motorisé est utilisé pour orienter l'échantillon sous ultra-vide. Par ailleurs, les échantillons peuvent être refroidis jusqu'à 40 K et chauffés jusqu'à plus de 600 K.