Towards robust dichroism in angle-resolved photoemission

Abstract

Dichroic techniques are highly relevant in the field of topological materials, layered systems, and spinpolarized electronic states. Dichroism in angle-resolved photoemission is per se a matrix element effect, which depends on the initial and final states as well as on the perturbation by the light field. Although matrix element effects in ARPES such as dichroism are important for addressing properties of the initial state wave functions, the results can strongly depend on experimental geometry or final state effects. Combining experimental data on bulk WSe2 taken at soft x-ray photon energies with state-of-the-art photoemission calculations, we demonstrate that a dichroic observable called timereversal dichroism remains unaffected against variation of photon energy, light polarization, and the angle of incidence. We demonstrate a direct link of TRDAD obtained with both linearly and circularly polarized photons to the initial state properties indicating its broad applicability. The robustness of this matrix element effect indicates a considerable benefit over other dichroic techniques and encourages further experimental and theoretical investigations.

Dichroické techniky jsou velice relevantní v oblasti topologických materiálů, vrstvených systémů a spinově polarizovaných elektronických stavů. Dichroismus v úhlově rozlišené fotoemisi je závislý na maticovém elementu, který závisí na počátečním a konečném stavu a také na interakci světla s látkou. Ačkoli efekty maticových elementů v ARPESu, jako je dichroismus, jsou důležité pro řešení vlastností vlnových funkcí počátečního stavu, výsledky mohou silně záviset na experimentální geometrii nebo efektech konečného stavu. Kombinací experimentálních dat v WSe2 pořízených při nízkých fotonových energiích s nejmodernějšími fotoemisními výpočty jsme prokázali, že dichroická pozorovatelná veličina nazývaná časově reverzní dichroismus zůstává neovlivněna proti změnám fotonové energie, polarizace světla a úhlu dopadu. . Demonstrujeme přímou vazbu TRDAD získaného s lineárně i kruhově polarizovanými fotony s vlastnostmi počátečního stavu, což naznačuje jeho širokou použitelnost. Robustnost tohoto efektu ve vztahu k maticovému elementu ukazuje na značný přínos oproti jiným dichroickým technikám a podporuje další experimentální a teoretická zkoumání.