Landau level spectroscopy plays an important role in modern condensed-matter physics. In this technique, electrons in a solid are subjected to quantizing magnetic fields and probed experimentally, often through optical methods. Direct and detailed insights into the electronic properties of crystalline materials are obtained, particularly the properties related to their band structure. Landau level spectroscopy enables the precise extraction of key parameters such as effective mass, carrier density, mobility, and band gap, and serves as a powerful tool for studying interactions between electrons and other quasiparticles in solids. Over its more than seventy-year history, Landau level spectroscopy has been applied mainly to semiconductors and semimetals. Today, its scope also includes graphene-based systems, surface and bulk states in topological materials, and other emergent systems with a narrow or vanishing band gap. In this work, we review the fundamentals of Landau level spectroscopy and illustrate them with selected examples from the literature.
Revealing the local structure of CuMo$_{1-x}$W$_x$O$_4$ solid solutions by multi-edge X-ray absorption spectroscopy
用多边X射线吸收光谱研究了Mo替代对CuMo $_{1-x}$ W $_x$ O $_4$($x$ = 0.20,0.30,0.50,0.75)固溶体结构的影响。用考虑多次散射效应的逆蒙特卡罗方法对几个吸收边(Cu K边、Mo K边和W L $_3$边)的EXAFS谱进行了同时分析。由偏径向分布函数(RDFs)$g(r)$和键角分布函数(BADF)$f(φ)$估计了配位壳层的畸变程度及其对组成的依赖性。部分RDFs的分析表明,固溶体的结构主要是由钨相关的亚晶格,而钼原子适应局部扭曲的环境。因此,钨和钼原子的配位对于所有研究的组合物都保持为CuWO $_4$中的八面体。
Raman Spectroscopy Insights into the Reorientational Dynamics of Polyanions in Solid Electrolytes
Key Laboratory of Organic Compound Pollution Control Engineering (MOE), School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University(上海大学环境化学工程学院有机化合物污染控制工程重点实验室(教育部));University of Michigan-Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, Shanghai Jiao Tong University(密歇根-上海交通大学联合学院,上海交通大学);Department of Chemistry, School of Science, Shanghai University(上海大学理学院化学系)
Landau level spectroscopy of PbSnSe topological crystalline insulator
本文报道了一种拓扑晶体绝缘体Pb $_{1-x}$ Sn $_x$ Se的红外磁谱研究。我们已经检查了一组样品,所有的电子带的反转制度,与锡的成分从$x=0.2$到$0.33$变化。我们的分析表明,所观察到的响应,由一系列的带间朗道能级激发,可以解释和建模使用相对论性的三维大质量狄拉克电子的哈密顿量,扩展到包括对角二次项,施加带反转。在我们的数据中,我们没有发现任何明确的签名的无质量的电子状态,是目前的表面上的铅$_{1-x}$锡$_x$硒晶体在倒置制度。这种意想不到的结果的原因进行了讨论。
Chemical-state analyses of Ni, Zn, and W ions in NiWO$_4$-ZnWO$_4$ solid solutions by X-ray photoelectron spectroscopy
用X射线光电子能谱学研究了NiWO $_4$ -ZnWO $_4$微晶固溶体中Ni、Zn、W的化学状态。记录的Ni 2 p、Zn 2 p和W 4 f光电子线以及Ni L $_2$ M $_{23}$ M $_{45}$、Zn L $_3$ M $_{45}$ M $_{45}$和W N $_4$ N $_{67}$ N $_{7}$俄歇跃迁线的光谱显示出随Zn浓度增加而显著的变化。结合解析的光电子和俄歇跃迁线的位置来构建固体溶液中金属离子的所谓化学状态图(瓦格纳或俄歇参数图)。随着锌浓度的增加,俄歇参数增加,镍和减少,从而证明了降低和增加的电子极化率周围的核心电离的镍和W离子,分别。同时,锌氧键的性质和锌离子周围的局域结构没有改变。结果表明,Zn ~(2+)对NiWO $_4$的稀释作用是伴随着Ni-O键离子性的增加和W-O键共价性的增加。这些变化归因于[NiO PDMATHAMT]和[WO PDMATHAMT]结构单元之间的电荷重新分配。我们表明,一个仔细的深入分析的XPS数据与实验室为基础的X射线光电子能谱学系统可以给化学敏感,定性信息的变化,在第一协调领域的每个金属离子。这些信息只能通过基于同步加速器的技术(例如X射线吸收光谱)获得。
X射线吸收光谱(XAS)是材料表征的首要技术,提供有关吸收体原子局部化学环境的关键信息。在这项工作中,我们开发了一个数据库的硫K边XAS光谱的结晶和非晶硫代磷酸锂材料的原子结构的基础上报告的化学材料,34,6702(2022)。XAS数据库是基于使用维也纳从头算模拟包中实现的激发电子和芯孔赝势方法的模拟。我们的数据库包含66个晶体和玻璃结构模型的2681 S K边XAS光谱,使其成为迄今为止玻璃/陶瓷硫代磷酸锂的第一原理计算XAS光谱的最大集合。该数据库可用于关联S光谱特征与不同的S物种的基础上,他们的本地协调和短程有序的硫化物为基础的固体电解质。这些数据通过材料云公开分发,允许研究人员免费访问并用于进一步分析,例如光谱指纹,与实验匹配和开发机器学习模型。
Temperature-programmed reduction and dispersive X-ray absorption spectroscopy studies of CeO2-based nanopowders for intermediate-temperature Solid-Oxide Fuel Cell anodes
CONICET / Laboratorio de Cristalografía Aplicada, Escuela de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de General San Martín(阿根廷国家科学技术研究委员会/应用晶体学实验室,科学与技术学院,圣马丁国立大学);Departamento de Física de la Materia Condensada, Gerencia de Investigación y Aplicaciones, Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de Energía Atómica(凝聚态物理系,研究与应用程序管理部,宪法原子中心,阿根廷国家原子能委员会);Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN), CNEA-CONICET(纳米科学与纳米技术研究所(INN),阿根廷国家原子能委员会-阿根廷国家科学技术研究委员会);UNIDEF-CONICET-MINDEF, Departamento de Investigaciones en Sólidos, CITEDEF(国防大学-阿根廷国家科学技术研究委员会-国防部,固体研究系,国防工业技术中心);Instituto de Investigación e Ingeniería Ambiental, Universidad Nacional de General San Martín(环境研究与工程学院,圣马丁国立大学)
Evidence of nickel ions dimerization in NiWO$_4$ and NiWO$_4$-ZnWO$_4$ solid solutions probed by EXAFS spectroscopy and reverse Monte Carlo simulations
通过X射线吸收光谱结合反向蒙特卡罗(RMC)模拟,发现在高镍含量的钨型NiWO $_4$和Zn $_c$ Ni $_{1-c}$ WO $_4$固溶体中存在交换耦合的$^{2+}$离子--所谓的磁性二聚体.在微晶NiWO $_4$、Zn $_c$、Ni $_{1-c}$ WO $_4$和ZnWO $_4$的Ni K边、Zn K边和W L $_3$边测量了温度(10- 300 K)和成分依赖的X射线吸收光谱。结构模型,获得同时分析的扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱在三个金属吸收边,使用RMC模拟。不同原子对的径向分布函数使得详细追踪金属离子局域环境的变化和热无序的影响成为可能。在整个研究的温度范围内,在NiWO $_4$中证明了[NiO $_6$ ]八面体的准一维锯齿形链内的Ni $^{2+}$离子的二聚化。它表现为Ni-Ni径向分布函数分裂成两个单独的峰。该效果进一步保存在固溶体Zn $_c$ Ni $_{1-c}$ WO $_4$中用于$c \leq 0.6$,这与在相邻位置找到两个Ni $^{2+}$离子的概率有关。
Evolution from Landau Quantization to Discrete Scale Invariance Revealed by Quantum Oscillations in Topological Materials
Guangdong Provincial Key Laboratory of Magnetoelectric Physics and Devices, Center for Neutron Science and Technology, School of Physics, Sun Yet-sen University(中山大学物理学院);International Center for Quantum Materials, School of Physics, Peking University(北京大学物理学院);School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University(上海科技大学物理科学与技术学院);Wuhan National High Magnetic Field Center, Huazhong University of Science & Technology(华中科技大学武汉国家强磁场中心);Quantum Science Center of Guangdong–Hong Kong–Macao Greater Bay Area (Guangdong)(粤港澳大湾区量子科学中心(广东));Center for Advanced Quantum Studies, School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University(北京师范大学物理与天文学院前沿量子研究中心);Hefei National Laboratory(合肥国家实验室);Collaborative Innovation Center of Quantum Matter(量子物质协同创新中心)
Study of the thermochromic phase transition in CuMo$_{1-x}$W$_x$O$_4$ solid solutions at the W L$_3$-edge by resonant X-ray emission spectroscopy
多晶CuMo $_{1-x}$ W $_x$ O $_4$固溶体进行了研究,通过共振X射线发射光谱(RXES)在W L $_3$ -边缘,以遵循作为样品组成和温度的函数的跨热致变色相变的钨局部原子和电子结构的变化。用从头计算对实验结果进行了解释。通过对RXES平面的分析,得到了5d(W)态的晶场分裂参数,并用于评价钨原子的配位。温度依赖的RXES测量成功地用于确定在冷却和加热时CuMo $_{1-x}$ W $_x$ O $_4$固溶体中的$α$和$γ$相之间的结构相变的滞后行为,即使在低($x$ <0.10)钨含量下。结果表明,在90-420 K的温度范围内,钨离子均为八面体配位,而当钨含量较低($x$ <= 0.15)时,钨离子的配位随温度的降低由四面体变为八面体。然而,对于$x$ <0.15,在室温下发现一定量的钨离子共存于八面体环境中。所得结果与这些固溶体中的颜色变化很好地相关。
Number Series of Atoms, Interatomic Bonds and Interface Bonds Defining Zinc-Blende Nanocrystals as Function of Size, Shape and Surface Orientation: Analytic Tools to Interpret Solid State Spectroscopy Data
Semiconductor nanocrystals (NCs) experience stress and charge transfer by embedding materials or ligands and impurity atoms. In return, the environment of NCs experiences a NC stress response which may lead to matrix deformation and propagated strain. Up to now, there is no universal gauge to evaluate the stress impact on NCs and their response as a function of NC size $d_{\mathrm{NC}}$ . I deduce geometrical number series as analytical tools to obtain the number of NC atoms $N_{\mathrm{NC}}(d_{\mathrm{NC}}[i])$ , bonds between NC atoms $N\mathrm{_{bnd}}(d_{\mathrm{NC}}[i])$ and interface bond…
Probing lattice fluctuations using solid-state high-harmonic spectroscopy
Purdue University(普渡大学);Louisiana State University(路易斯安那州立大学);Columbia University(哥伦比亚大学);Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室);Binghamton University(宾厄姆顿大学)
Ab initio simulation of photoemission spectroscopy in solids: Plane-wave pseudopotential approach, with applications to normal-emission spectra of Cu(001) and Cu(111)
Experimental Determination of Electron Transition Probabilities in Elementary Electron-Phonon Scattering Processes Using Electron-Energy-Loss Spectroscopy: The Example of Graphite