A Photoemission Journey: From Core-Level Spectroscopy on Anti-Icing Coatings to Spin-Resolved Band Mapping of Topological Surface States

Abstract

Photoemission techniques are among the most used and treasured tools in surface science. In such techniques, the chemistry and electronic properties of materials can be accessed, by illuminating surfaces with light and measuring the energy and direction of the emitted electrons. Using photoemission, it is possible to investigate conduction properties and probe the atomic structure of surfaces. Information about the spin and interactions of electrons can also be obtained.

This thesis consists of six papers, in which different photoemission experiments were used to study the properties of various materials. The papers illuminate the wide range of measurable systems and applications. Papers 1 and 2 confirm the presence of 1D spin-polarised surface states on vicinally cut Bi(112) and Sb(112) crystals. Changes in the electronic and magnetic properties of Ni(111) were observed in paper 3 by creating a crystalline Ni1-xSbx alloy on its surface. The atomic structure of buried dopants in a quantum device platform was deduced in paper 4. Finally, the chemical composition and anti-icing properties of hydrophobic CeO2 coatings were identified in papers 5 and 6.

Together, the papers show how photoemission can provide valuable information about surfaces and materials, enabling the development of new technology, and deepening our understanding of the solids we are surrounded by.

Samandrag

Fotoemisjon er ei fellesnemning på teknikkar der ein skin lys på overflata av eit materiale. Lyset kan slå laus partiklar, kalla elektron, frå overflata. Me måler energien og retninga til elektronene når dei kjem ut av materialet. Slike målingar kan gi informasjon for eksempel om kva grunnstoff overflata består av, og korleis atoma er plasserte på overflata. Ein kan og finne ut kor godt materialet leier straum og sjekke magnetisme og interaksjonar mellom elektrona. Dette kan brukast til å utvikle ny teknologi.

Avhandlinga består av ein serie på seks artiklar som omhandlar ulike fotoemisjons-eksperiment brukt til å studere forskjellige material. Artiklane set lys på det breie spekteret av målbare system og bruksområde. I to av artiklane såg me på einkrystallar av grunnstoffa bismut og antimon som potensielt kan brukast til å utvikle nye måtar å sende informasjon. Vidare skildrar ein av artiklane korleis ei overflatelegering av nikkel og antimon kan endre dei magnetiske og elektroniske eigenskapane til nikkel . Tynne lag med fosfor-atom inni silisium som kan brukast som ein plattform for kvantedatamaskiner var undersøkt i ein fjerde artikkel. Artikkel 5 og 6 viste at CeO2, som kan brukast som belegg på solcellepanel, er vass- og is-avstøytande.

Saman viser artiklane korleis fotoemisjon kan gi verdifull informasjon om overflater og material, tilretteleggje utviklinga av ny teknologi, og gi oss ei djupare forståing for materiala me er omgitt av.