ARPES(角分辨光电子能谱)腔体需要磁屏蔽,核心原因是为了消除外部磁场对电子轨迹的干扰,确保测量精度。地球磁场或实验环境中的杂散磁场即使很微弱,也可能导致出射光电子发生偏转,从而扭曲能谱图像,影响对材料电子结构的准确解析。
具体来说,磁屏蔽的作用体现在以下几个方面:
首先,ARPES实验依赖于**追踪从样品表面发射出的光电子的角度和能量信息。这些电子在飞行过程中若受到外部磁场的影响,会因洛伦兹力而发生偏转,导致探测器接收到的位置信号失真,进而造成能带结构测绘出现偏差。尤其在高分辨率测量中,这种影响不可忽略。
其次,许多ARPES系统工作在超高真空和极低温环境下,常与超导磁体或其他精密设备共存,周围电磁环境复杂。为避免邻近设备产生的磁场干扰,采用μ金属等高导磁材料构建屏蔽层,可有效将外部磁感线“引导"绕过腔体内部,形成低磁场环境。这类屏蔽室的剩磁可降至3nT以下,相当于地磁场的万分之一,为高灵敏度测量提供保障。
此外,某些ARPES实验还涉及自旋分辨测量或拓扑材料研究,这类体系本身对外磁场极为敏感。例如,在轴子绝缘体或外尔半金属的研究中,微小磁场可能诱发相变或掩盖关键量子效应,因此必须通过磁屏蔽维持本征态的稳定性。
值得注意的是,虽然不锈钢属于低磁性材料,但在低温下仍可能表现出一定的磁性增强效应,因此在样品台附近应尽量避免使用此类零部件,以防引入局部磁场扰动。