We have developed spin-resolved resonant electron energy-loss spectroscopy with the primary energy of 0.3–1.5 keV, which corresponds to the core excitations of 2p–3d absorption of transition metals and 3d–4f absorption of rare-earths, with the energy resolution of about 100 meV using a spin-polarized electron source as a GaAs/GaAsP strained superlattice photocathode. Element- and spin-selective carrier and valence plasmons can be observed using the resonance enhancement of core absorptions and electron spin polarization. Furthermore, bulk-sensitive electron energy-loss spectroscopy spectra can be obtained because the primary energy corresponds to the mean free path of 1–10 nm. The methodology is expected to provide us with novel information about elementary excitations by resonant inelastic x-ray scattering and resonant photoelectron spectroscopy.
REFERENCES
1.
L. J. P.
Ament
, M.
van Veenendaal
, T. P.
Devereaux
, J. P.
Hill
, and J.
van den Brink
, Rev. Mod. Phys.
83
, 705
(2011
).2.
H. J.
Im
, T.
Ito
, H.-D.
Kim
, S.
Kimura
, K. E.
Lee
, J. B.
Hong
, Y. S.
Kwon
, A.
Yasui
, and H.
Yamagami
, Phys. Rev. Lett.
100
, 176402
(2008
).3.
K.
Ishii
, S.
Asano
, M.
Ashida
, M.
Fujita
, B.
Yu
, M.
Greven
, J.
Okamoto
, D.-J.
Huang
, and J.
Mizuki
, Phys. Rev. Mater.
5
, 024803
(2021
).4.
H.
Ibach
and H.
Lüth
, Solid-State Physics: An Introduction to Principles of Materials Science
(Springer
, Berlin, Heidelberg
, 2009
).5.
S.
Modesti
, G.
Paolucci
, and E.
Tosatti
, Phys. Rev. Lett.
55
, 2995
(1985
).6.
F.
Della Valle
and S.
Modesti
, Phys. Rev. B
40
, 933
(1989
).7.
A.
Gorschlüter
and H.
Merz
, Phys. Rev. B
49
, 17293
(1994
).8.
B.
Fromme
, C.
Koch
, R.
Deussen
, and E.
Kisker
, Phys. Rev. Lett.
75
, 693
(1995
).9.
A.
Gorschlüter
and H.
Merz
, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
87
, 211
(1998
).10.
S.-I.
Kimura
, T.
Ito
, M.
Sakai
, E.
Nakamura
, N.
Kondo
, T.
Horigome
, K.
Hayashi
, M.
Hosaka
, M.
Katoh
, T.
Goto
, T.
Ejima
, and K.
Soda
, Rev. Sci. Instrum.
81
, 053104
(2010
).11.
M. Y.
Kimura
, K.
Fukushima
, H.
Takeuchi
, S.
Ikeda
, H.
Sugiyama
, Y.
Tomida
, G.
Kuwahara
, H.
Fujiwara
, T.
Kiss
, A.
Yasui
, I.
Kawasaki
, H.
Yamagami
, Y.
Saitoh
, T.
Muro
, T.
Ebihara
, and A.
Sekiyama
, J. Phys.: Conf. Ser.
592
, 012003
(2015
).12.
V. N.
Strocov
, T.
Schmitt
, U.
Flechsig
, T.
Schmidt
, A.
Imhof
, Q.
Chen
, J.
Raabe
, R.
Betemps
, D.
Zimoch
, J.
Krempasky
, X.
Wang
, M.
Grioni
, A.
Piazzalunga
, and L.
Patthey
, J. Synchrotron Radiat.
17
, 631
(2010
); arXiv:0911.2598.13.
S.
Vig
, A.
Kogar
, M.
Mitrano
, A.
Husain
, L.
Venema
, M.
Rak
, V.
Mishra
, P.
Johnson
, G.
Gu
, E.
Fradkin
, M.
Norman
, and P.
Abbamonte
, SciPost Phys.
3
, 026
(2017
).14.
F.
Hofer
, F. P.
Schmidt
, W.
Grogger
, and G.
Kothleitner
, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng.
109
, 012007
(2016
).15.
O. L.
Krivanek
, N.
Dellby
, J. A.
Hachtel
, J.-C.
Idrobo
, M. T.
Hotz
, B.
Plotkin-Swing
, N. J.
Bacon
, A. L.
Bleloch
, G. J.
Corbin
, M. V.
Hoffman
, C. E.
Meyer
, and T. C.
Lovejoy
, Ultramicroscopy
203
, 60
(2019
).16.
W.
Grogger
, F.
Hofer
, G.
Kothleitner
, and B.
Schaffer
, Top. Catal.
50
, 200
(2008
).17.
M.
Plihal
, D. L.
Mills
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. Lett.
82
, 2579
(1999
).18.
W. X.
Tang
, Y.
Zhang
, I.
Tudosa
, J.
Prokop
, M.
Etzkorn
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. Lett.
99
, 087202
(2007
).19.
J.
Prokop
, W. X.
Tang
, Y.
Zhang
, I.
Tudosa
, T. R. F.
Peixoto
, K.
Zakeri
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. Lett.
102
, 177206
(2009
).20.
R.
Vollmer
, M.
Etzkorn
, P. S. A.
Kumar
, H.
Ibach
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. Lett.
91
, 147201
(2003
).21.
K.
Zakeri
, Y.
Zhang
, T.-H.
Chuang
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. Lett.
108
, 197205
(2012
).22.
T.-H.
Chuang
, K.
Zakeri
, A.
Ernst
, L. M.
Sandratskii
, P.
Buczek
, Y.
Zhang
, H. J.
Qin
, W.
Adeagbo
, W.
Hergert
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. Lett.
109
, 207201
(2012
).23.
K.
Zakeri
, T.-H.
Chuang
, A.
Ernst
, L. M.
Sandratskii
, P.
Buczek
, H. J.
Qin
, Y.
Zhang
, and J.
Kirschner
, Nat. Nanotechnol.
8
, 853
(2013
).24.
H.
Ibach
, D.
Bruchmann
, R.
Vollmer
, M.
Etzkorn
, P. S.
Anil Kumar
, and J.
Kirschner
, Rev. Sci. Instrum.
74
, 4089
(2003
).25.
B.
Fromme
, M.
Schmitt
, E.
Kisker
, A.
Gorschlüter
, and H.
Merz
, Phys. Rev. B
50
, 1874
(1994
).26.
B.
Fromme
, A.
Hylla
, C.
Kock
, E.
Kisker
, A.
Gorschlüter
, and H.
Merz
, J. Magn. Magn. Mater.
148
, 181
(1995
).27.
B.
Fromme
, V.
Bocatius
, and E.
Kisker
, Phys. Rev. B
64
, 125114
(2001
).28.
A.
Zangwill
, Physics at Surfaces
(Cambridge University Press
, 1988
).29.
T.
Saka
, T.
Kato
, T.
Nakanishi
, S.
Okumi
, K.
Togawa
, H.
Horinaka
, T.
Matsuyama
, and T.
Baba
, Surf. Sci.
454-456
, 1042
(2000
).30.
N.
Yamamoto
, T.
Nakanishi
, A.
Mano
, Y.
Nakagawa
, S.
Okumi
, M.
Yamamoto
, T.
Konomi
, X.
Jin
, T.
Ujihara
, Y.
Takeda
, T.
Ohshima
, T.
Saka
, T.
Kato
, H.
Horinaka
, T.
Yasue
, T.
Koshikawa
, and M.
Kuwahara
, J. Appl. Phys.
103
, 064905
(2008
).31.
D. T.
Pierce
, R. J.
Celotta
, G. C.
Wang
, W. N.
Unertl
, A.
Galejs
, C. E.
Kuyatt
, and S. R.
Mielczarek
, Rev. Sci. Instrum.
51
, 478
(1980
).32.
X.
Jin
, N.
Yamamoto
, Y.
Nakagawa
, A.
Mano
, T.
Kato
, M.
Tanioku
, T.
Ujihara
, Y.
Takeda
, S.
Okumi
, M.
Yamamoto
, T.
Nakanishi
, T.
Saka
, H.
Horinaka
, T.
Kato
, T.
Yasue
, and T.
Koshikawa
, Appl. Phys. Express
1
, 045002
(2008
).33.
X.
Jin
, A.
Mano
, F.
Ichihashi
, N.
Yamamoto
, and Y.
Takeda
, Appl. Phys. Express
6
, 015801
(2013
).34.
T.
Yasue
, M.
Suzuki
, K.
Tsuno
, S.
Goto
, Y.
Arai
, and T.
Koshikawa
, Rev. Sci. Instrum.
85
, 043701
(2014
).35.
H.
Ibach
, F. C.
Bocquet
, J.
Sforzini
, S.
Soubatch
, and F. S.
Tautz
, Rev. Sci. Instrum.
88
, 033903
(2017
).36.
O. L.
Krivanek
, T. C.
Lovejoy
, M. F.
Murfitt
, G.
Skone
, P. E.
Batson
, and N.
Dellby
, J. Phys.: Conf. Ser.
522
, 012023
(2014
).37.
Z.
Lounis
, M.
Bouslama
, N.
Berrouachedi
, C.
Jardin
, L.
Auvray
, A.
Abdellaoui
, A.
Ouerdane
, and M.
Ghaffour
, Vacuum
82
, 529
(2008
).38.
S.
Pastuszka
, M.
Hoppe
, D.
Kratzmann
, D.
Schwalm
, A.
Wolf
, A. S.
Jaroshevich
, S. N.
Kosolobov
, D. A.
Orlov
, and A. S.
Terekhov
, J. Appl. Phys.
88
, 6788
(2000
).39.
Y.
Harada
, M.
Kobayashi
, H.
Niwa
, Y.
Senba
, H.
Ohashi
, T.
Tokushima
, Y.
Horikawa
, S.
Shin
, and M.
Oshima
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 013116
(2012
).40.
S.
Babar
and J. H.
Weaver
, Appl. Opt.
54
, 477
(2015
).41.
P.
Jones
, J. E.
Inglesfield
, J. J. M.
Michiels
, C. J.
Noble
, V. M.
Burke
, and P. G.
Burke
, Phys. Rev. B
62
, 13508
(2000
).42.
R. J.
Powell
and W. E.
Spicer
, Phys. Rev. B
2
, 2182
(1970
).43.
G. A.
Sawatzky
and J. W.
Allen
, Phys. Rev. Lett.
53
, 2339
(1984
).44.
S.
Hüfner
and T.
Riesterer
, Phys. Rev. B
33
, 7267
(1986
).45.
J. J.
Yeh
and I.
Lindau
, At. Data Nucl. Data Tables
32
, 1
(1985
).46.
O.
Tjernberg
, S.
Söderholm
, U. O.
Karlsson
, G.
Chiaia
, M.
Qvarford
, H.
Nylén
, and I.
Lindau
, Phys. Rev. B
53
, 10372
(1996
).47.
L.
Li
, K.
Sun
, C.
Kurdak
, and J. W.
Allen
, Nat. Rev. Phys.
2
, 463
(2020
).48.
M.
Dzero
, K.
Sun
, V.
Galitski
, and P.
Coleman
, Phys. Rev. Lett.
104
, 106408
(2010
); arXiv:0912.3750.49.
M.
Dzero
, J.
Xia
, V.
Galitski
, and P.
Coleman
, Annu. Rev. Condens. Matter Phys.
7
, 249
(2016
); arXiv:1711.07976.50.
H.
Miyazaki
, T.
Hajiri
, T.
Ito
, S.
Kunii
, and S.-i.
Kimura
, Phys. Rev. B
86
, 075105
(2012
).51.
Y.
Ohtsubo
, Y.
Yamashita
, K.
Hagiwara
, S.-I.
Ideta
, K.
Tanaka
, R.
Yukawa
, K.
Horiba
, H.
Kumigashira
, K.
Miyamoto
, T.
Okuda
, W.
Hirano
, F.
Iga
, and S.-I.
Kimura
, Nat. Commun.
10
, 2298
(2019
).52.
G.
Kaindl
, G.
Kalkowski
, W. D.
Brewer
, B.
Perscheid
, and F.
Holtzberg
, J. Appl. Phys.
55
, 1910
(1984
).53.
S.-i.
Kimura
, T.
Nanba
, S.
Kunii
, and T.
Kasuya
, Phys. Rev. B
50
, 1406
(1994
).54.
S.
Kimura
, T.
Nanba
, M.
Tomikawa
, S.
Kunii
, and T.
Kasuya
, Phys. Rev. B
46
, 12196
(1992
).55.
T.
Komesu
, G. D.
Waddill
, and J. G.
Tobin
, J. Phys.: Condens. Matter
18
, 8829
(2006
).56.
S. N.
Samarin
, O. M.
Artamonov
, A. P.
Baraban
, M.
Kostylev
, P.
Guagliardo
, and J. F.
Williams
, Appl. Phys. Lett.
107
, 101602
(2015
).© 2021 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
