We present a table top setup for time- and angle-resolved photoelectron spectroscopy to investigate band structure dynamics of correlated materials driven far from equilibrium by femtosecond laser pulse excitation. With the electron-phonon equilibration time being in the order of 1–2 ps it is necessary to achieve sub-picosecond time resolution. Few techniques provide both the necessary time and energy resolution to map non-equilibrium states of the band structure. Laser-driven high-order harmonic generation is such a technique. In our experiment, a grating monochromator delivers tunable photon energies up to 40 eV. A photon energy bandwidth of 150 meV and a pulse duration of 100 fs FWHM allow us to cover the k-space necessary to map valence bands at different kz and detect outer core states.

1.
F.
Reinert
and
S.
Hüfner
,
New J. Phys.
7
,
97
(
2005
).
2.
A.
Bostwick
,
T.
Ohta
,
T.
Seyller
,
K.
Horn
, and
E.
Rotenberg
,
Nat. Phys.
3
,
36
(
2006
).
3.
A.
Hofmann
,
X. Y.
Cui
,
J.
Schäfer
,
S.
Meyer
,
P.
Höpfner
,
C.
Blumenstein
,
M.
Paul
,
L.
Patthey
,
E.
Rotenberg
,
J.
Bünemann
,
F.
Gebhard
,
T.
Ohm
,
W.
Weber
, and
R.
Claessen
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
187204
(
2009
).
4.
M.
Hoesch
,
T.
Greber
,
V.
Petrov
,
M.
Muntwiler
,
M.
Hengsberger
,
W.
Auwärter
, and
J.
Osterwalder
,
J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom.
124
,
263
(
2002
).
5.
C.
Tusche
,
M.
Ellguth
,
A. A.
Ünal
,
C.-T.
Chiang
,
A.
Winkelmann
,
A.
Krasyuk
,
M.
Hahn
,
G.
Schönhense
, and
J.
Kirschner
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
032505
(
2011
).
6.
J.
Sánchez-Barriga
,
J.
Fink
,
V.
Boni
,
I.
Di Marco
,
J.
Braun
,
J.
Minár
,
A.
Varykhalov
,
O.
Rader
,
V.
Bellini
,
F.
Manghi
,
H.
Ebert
,
M. I.
Katsnelson
,
A. I.
Lichtenstein
,
O.
Eriksson
,
W.
Eberhardt
, and
H. A.
Dürr
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
267203
(
2009
).
8.
H.
Petek
and
S.
Ogawa
,
Prog. Surf. Sci.
56
,
239
(
1997
).
9.
K.
Döbrich
,
A.
Bostwick
,
J. L.
McChesney
,
K.
Rossnagel
,
E.
Rotenberg
, and
G.
Kaindl
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
246401
(
2010
).
10.
R.
Cortés
,
L.
Rettig
,
Y.
Yoshida
,
H.
Eisaki
,
M.
Wolf
, and
U.
Bovensiepen
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
097002
(
2011
).
11.
F.
Schmitt
,
P. S.
Kirchmann
,
U.
Bovensiepen
,
R. G.
Moore
,
L.
Rettig
,
M.
Krenz
,
J.-H.
Chu
,
N.
Ru
,
L.
Perfetti
,
D. H.
Lu
,
M.
Wolf
,
I. R.
Fisher
, and
Z.-X.
Shen
,
Science
321
,
1649
(
2008
).
12.
J. A.
Sobota
,
S.
Yang
,
J. G.
Analytis
,
Y. L.
Chen
,
I. R.
Fisher
,
P. S.
Kirchmann
, and
Z.-X.
Shen
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
117403
(
2012
).
13.
S.
Danzenbächer
,
D. V.
Vyalikh
,
K.
Kummer
,
C.
Krellner
,
M.
Holder
,
M.
Höppner
,
Y.
Kucherenko
,
C.
Geibel
,
M.
Shi
,
L.
Patthey
,
S. L.
Molodtsov
, and
C.
Laubschat
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
267601
(
2011
).
14.
A.
Pietzsch
,
A.
Föhlisch
,
M.
Beye
,
M.
Deppe
,
F.
Hennies
,
M.
Nagasono
,
E.
Suljoti
,
W.
Wurth
,
C.
Gahl
,
K.
Döbrich
, and
A.
Melnikov
,
New J. Phys.
10
,
033004
(
2008
).
15.
K.
Holldack
,
T.
Kachel
,
S.
Khan
,
R.
Mitzner
, and
T.
Quast
,
Phys. Rev. ST Accel. Beams
8
,
040704
(
2005
).
16.
C.
Stamm
,
N.
Pontius
,
T.
Kachel
,
M.
Wietstruk
, and
H. A.
Dürr
,
Phys. Rev. B
81
,
104425
(
2010
).
17.
M.
Wietstruk
,
A.
Melnikov
,
C.
Stamm
,
T.
Kachel
,
N.
Pontius
,
M.
Sultan
,
C.
Gahl
,
M.
Weinelt
,
H. A.
Dürr
, and
U.
Bovensiepen
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
127401
(
2011
).
18.
R. W.
Schoenlein
,
S.
Chattopadhyay
,
H. H. W.
Chong
,
T. E.
Glover
,
P. A.
Heimann
,
C. V.
Shank
,
A. A.
Zholents
, and
M. S.
Zolotorev
,
Science
287
,
2237
(
2000
).
19.
A.
Melzer
,
D.
Kampa
,
J.
Wang
, and
T.
Fauster
,
Phys. Rev. B
80
,
205424
(
2009
).
20.
M.
Bauer
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
38
,
R253
(
2005
).
21.
F.
Frassetto
,
S.
Bonora
,
P.
Villoresi
,
L.
Poletto
,
E.
Springate
,
C. A.
Froud
,
I. C. E.
Turcu
,
A. J.
Langley
,
D. S.
Wolff
,
J. L.
Collier
,
S. S.
Dhesi
, and
A.
Cavalleri
,
Proc. SPIE
7077
,
707713
(
2008
).
22.
A. L.
Cavalieri
,
N.
Müller
,
T.
Uphues
,
V. S.
Yakovlev
,
A.
Baltuska
,
B.
Horvath
,
B.
Schmidt
,
L.
Blümel
,
R.
Holzwarth
,
S.
Hendel
,
M.
Drescher
,
U.
Kleineberg
,
P. M.
Echenique
,
R.
Kienberger
,
F.
Krausz
, and
U.
Heinzmann
,
Nature (London)
449
,
1029
(
2007
).
23.
C.-T.
Chiang
,
A.
Blättermann
,
M.
Huth
,
J.
Kirschner
, and
W.
Widdra
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
071116
(
2012
).
24.
25.
F.
Krausz
and
M.
Ivanov
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
163
(
2009
).
26.
C.
La-O-Vorakiat
,
M.
Siemens
,
M. M.
Murnane
,
H. C.
Kapteyn
,
S.
Mathias
,
M.
Aeschlimann
,
P.
Grychtol
,
R.
Adam
,
C. M.
Schneider
,
J. M.
Shaw
,
H.
Nembach
, and
T. J.
Silva
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
257402
(
2009
).
27.
R.
Sandberg
,
D.
Raymondson
,
C.
La-O-Vorakiat
,
A.
Paul
,
K.
Raines
,
J.
Miao
,
M.
Murnane
,
H.
Kapteyn
, and
W.
Schlotter
,
Opt. Lett.
34
,
1618
(
2009
).
28.
E.
Magerl
,
S.
Neppl
,
A. L.
Cavalieri
,
E. M.
Bothschafter
,
M.
Stanislawski
,
T.
Uphues
,
M.
Hofstetter
,
U.
Kleineberg
,
J. V.
Barth
,
D.
Menzel
,
D. F.
Krausz
,
R.
Ernstorfer
,
R.
Kienberger
, and
P.
Feulner
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
063104
(
2011
).
29.
G. L.
Dakovski
,
Y.
Li
,
T.
Durakiewicz
, and
G.
Rodriguez
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
073108
(
2010
).
30.
S.
Mathias
,
L.
Miaja-Avila
,
M. M.
Murnane
,
H.
Kapteyn
,
M.
Aeschlimann
, and
M.
Bauer
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
083105
(
2007
).
31.
J. C.
Petersen
,
S.
Kaiser
,
N.
Dean
,
A.
Simoncig
,
H. Y.
Liu
,
A. L.
Cavalieri
,
C.
Cacho
,
I. C. E.
Turcu
,
E.
Springate
,
F.
Frassetto
,
L.
Poletto
,
S. S.
Dhesi
,
H.
Berger
, and
A.
Cavalleri
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
177402
(
2011
).
32.
P.
Wernet
,
J.
Gaudin
,
K.
Godehusen
,
O.
Schwarzkopf
, and
W.
Eberhardt
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
063114
(
2011
).
33.
J.
Norin
,
K.
Osvay
,
F.
Albert
,
D.
Descamps
,
J.
Yang
,
A.
Lhuillier
, and
C.-G.
Wahlström
,
Appl. Opt.
43
,
1072
(
2004
).
34.
L.
Nugent-Glandorf
,
M.
Scheer
,
D. A.
Samuels
,
V.
Bierbaum
, and
S. R.
Leone
,
Rev. Sci. Instrum.
73
,
1875
(
2002
).
35.
36.
P.
Siffalovic
,
M.
Drescher
,
M.
Spieweck
,
T.
Wiesenthal
,
Y. C.
Lim
,
R.
Weidner
,
A.
Elizarov
, and
U.
Heinzmann
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
30
(
2001
).
37.
T.
Haarlammert
and
H.
Zacharias
,
Curr. Opin. Solid State Mater. Sci.
13
,
13
(
2009
).
38.
F.
Schäfers
and
M.
Krumrey
,“
Reflec, program to calculate vuv/x-ray optical elements and synchrotron radiation beamlines
,” Tech. Rep. TB 201/96 (
Berliner Elektronen Speicherring für Synchrotronstrahlung
,
1996
).
39.
F.
Schäfers
, in
Modern Developments in X-Ray and Neutron Optics
,
Springer Series in Optical Science
Vol.
137
, edited by
A.
Erko
,
M.
Idir
,
T.
Krist
, and
A. G.
Michette
(
Springer
,
Berlin
,
2008
), pp.
9
41
.
40.
P.
Wernet
,
K.
Godehusen
,
O.
Schwarzkopf
, and
W.
Eberhardt
, in
Ultrafast Phenomena XV
,
Springer Series in Chemical Physics
Vol.
88
, edited by
P.
Corkum
,
D. M.
Jonas
,
R. J. D.
Miller
, and
A. M.
Weiner
(
Springer
,
Berlin
,
2007
), pp.
45
47
.
41.
L.
Nugent-Glandorf
,
M.
Scheer
,
M.
Krishnamurthy
,
J.
Odom
, and
S.
Leone
,
Phys. Rev. A
62
,
023812
(
2000
).
42.
43.
T.
Noll
,
T.
Zeschke
,
G.
Reichardt
,
H.
Lammert
, and
W.
Gudat
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
467–468
,
775
(
2001
).
44.
P.
Salières
,
A.
L’Huillier
, and
M.
Lewenstein
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
3776
(
1995
).
45.
L.
Miaja-Avila
,
C.
Lei
,
M.
Aeschlimann
,
J.
Gland
,
M.
Murnane
,
H.
Kapteyn
, and
G.
Saathoff
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
113604
(
2006
).
46.
G.
Saathoff
,
L.
Miaja-Avila
,
M.
Aeschlimann
,
M.
Murnane
, and
H.
Kapteyn
,
Phys. Rev. A
77
,
022903
(
2008
).
47.
J. M.
Schins
,
P.
Breger
,
P.
Agostini
,
R. C.
Constantinescu
,
H. G.
Muller
,
A.
Bouhal
,
G.
Grillon
,
A.
Antonetti
, and
A.
Mysyrowicz
,
J. Opt. Soc. Am. B
13
,
197
(
1996
).
48.
A.
Vaterlaus
,
T.
Beutler
, and
F.
Meier
,
Phys. Rev. Lett.
67
,
3314
(
1991
).
49.
S.
Abdelouahed
and
M.
Alouani
,
Phys. Rev. B
79
,
054406
(
2009
).
50.
A.
Melnikov
,
H.
Prima-Garcia
,
M.
Lisowski
,
T.
Gießel
,
R.
Weber
,
R.
Schmidt
,
C.
Gahl
,
N.
Bulgakova
,
U.
Bovensiepen
, and
M.
Weinelt
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
107202
(
2008
).
51.
R.
Carley
,
K.
Döbrich
,
B.
Frietsch
,
C.
Gahl
,
M.
Teichmann
,
O.
Schwarzkopf
,
P.
Wernet
, and
M.
Weinelt
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
057401
(
2012
).
52.
D. A.
Shirley
,
Phys. Rev.
5
,
4709
(
1972
).
53.
C.
Schüßler-Langeheine
, ‘
Magnetic properties of thin films of heavy lanthanide metals studied by magnetic x-ray diffraction and high-resolution photoemission
,” Ph.D. thesis (
Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin
,
1999
).
54.
S.
Hellmann
,
K.
Rossnagel
,
M.
Marczynski-Bühlow
, and
L.
Kipp
,
Phys. Rev. B
79
,
035402
(
2009
).
55.
S.
Passlack
,
S.
Mathias
,
O.
Andreyev
,
D.
Mittnacht
,
M.
Aeschlimann
, and
M.
Bauer
,
J. Appl. Phys.
100
,
024912
(
2006
).
You do not currently have access to this content.