La espectroscopia de fotoelectrones de dos fotones con resolución temporal ( 2PPE ) es una técnica de espectroscopia con resolución temporal que se utiliza para estudiar la estructura electrónica y las excitaciones electrónicas en las superficies . [1] [2] La técnica utiliza pulsos láser de femtosegundos a picosegundos para fotoexcitar primero un electrón. Después de un retraso de tiempo, el electrón excitado es fotoemitido a un estado de electrón libre mediante un segundo pulso. La energía cinética y el ángulo de emisión del fotoelectrón se miden en un analizador de energía de electrones . Para facilitar las investigaciones sobre las vías de población y relajación de la excitación, esta medición se realiza en diferentes retardos de tiempo.
Esta técnica se ha utilizado para muchos tipos diferentes de materiales para estudiar una variedad de comportamientos exóticos de electrones, incluidos estados de potencial de imagen en superficies metálicas, [1] [3] y dinámica de electrones en interfaces moleculares . [4]
La energía cinética final del electrón se puede modelar mediante
donde E B es la energía de enlace del estado inicial, E kin es la energía cinética del electrón fotoemitido, Φ es la función de trabajo del material en cuestión y E pump , E probe son las energías de los fotones de los pulsos láser. respectivamente. Sin demora, esta ecuación es exacta. Sin embargo, a medida que aumenta el retraso entre los pulsos de la bomba y de la sonda , el electrón excitado puede relajarse en una energía. Por tanto, se reduce la energía del electrón fotoemitido. Con un retraso de tiempo suficientemente grande entre los dos pulsos, el electrón se relajará hasta regresar a su estado original. Las escalas de tiempo en las que se produce la relajación electrónica, así como el mecanismo de relajación (ya sea mediante acoplamiento vibrónico o acoplamiento electrónico ) son de interés para aplicaciones de dispositivos funcionales como células solares y diodos emisores de luz .
La espectroscopía de fotoelectrones de dos fotones con resolución temporal suele emplear una combinación de tecnología óptica ultrarrápida y componentes de vacío ultraalto. El componente óptico principal es un sistema láser ultrarrápido (femtosegundo) que genera pulsos en el infrarrojo cercano. La óptica no lineal se utiliza para generar energías de fotones en el rango espectral visible y ultravioleta. Normalmente, se requiere radiación ultravioleta para fotoemitir electrones. Para permitir experimentos resueltos en el tiempo , se debe emplear una etapa de retardo de ajuste fino para manipular el retardo de tiempo entre la bomba y el pulso de la sonda.
