超导现象自发现以来,由于其丰富的性质,一直都是物理学的研究热点之一。在常规超导材料和理论不断发展的同时,非常规超导体和高温超导体的发现进一步引起了超导领域研究的热潮。角分辨光电子能谱(ARPES)作为一种直接探测材料电子结构的实验手段,在研究的过程中起到了不可替代的作用。其中,研制极低温和大动量探测范围的超高分辨率的光电子能谱仪,可以研究极低温条件下的量子相变、高温超导机理等问题。部分过渡金属硫族化合物具有电荷密度波(CDW)的性质,研究其CDW的起源和演化同样具有十分重要的意义。本文介绍了大动量极低温深紫外激光角分辨光电子能谱的设计和研制,ARPES对电荷密度波材料ZrTe3和掺杂不同浓度Se的ZrTe3-xSex体系的系统研究,重费米子材料CeCoIn5的单晶生长以及分子束外延设备(MBE)的设计和研制。本文详细内容介绍如下:1.介绍了超导材料的基本性质和发展过程,以及常规超导材料的理论发展,重点介绍了与本文直接相关的CDW的理论与材料的研究进展,以及ZrTe3-xSex体系和重费米子非常规超导材料CeCoIn5的研究背景。2.介绍了ARPES的原理和实验技术,详细介绍了光源、电子能量分析器、真空系统和低温技术在ARPES中的应用,并介绍了本实验室中与本文实验相关的ARPES系统,重点介绍了激光光源系统的超高能量分辨率和动量分辨率的优势。3.详细介绍了大动量极低温深紫外激光角分辨光电子能谱的设计和研制过程,通过合作设计的3He极低温冷台,利用多层热辐射屏蔽以及液氮和液氦(4He)的预冷,实现3He的循环,可使样品温度降至1K以下,实现了极低温的条件。通过合作设计的约7.5eV的深紫外激光光源,在保证超高分辨率的基础上,可实现更大动量空间的探测,此外,该系统还配备了7eV激光光源和气体放电光源。通过多次的实验尝试,找到了超高真空腔体内使用的不锈钢丝去磁的最佳退火条件,成功地去除了腔体内部件的剩磁。具体地介绍了该系统的研制过程,从房间选址、设计图纸和仪器支撑到组装搭建,参与了该仪器“从无到有”的全过程,并搭建完成。介绍了仪器的初步测试结果,测试了实验用的马达能够满足很好的线性关系,并对旋转角度(?)进行了定位处理与测试,可实现样品轴心转动的基本要求,并通过氦灯和7eV激光光源对系统进行了初步的测试,在氦灯条件下得到了较清晰的Bi2Se3能带结构。4.利用实验室中的三种不同光子能量光源对ZrTe3材料进行了系统的研究,首先利用氦灯21.2eV的光子能量在CDW直接发生的D点区域观测到了 CDW态的出现。重重点利用7eV激光结合ARToF新型能量分析器研究了中心三维费米面r点区域的电子结构,清晰地观测到了r点区域能带的劈裂特征,并首次观测到了中心三维费米面区域的能带在通过CDW相变温度时的散射率异常行为,以及能带存在弱电子-声子相互作用,证明了中心三维费米面也受CDW的调制。5.对两种不同掺杂浓度的ZrTe3-xSex体系(x=0.01和0.04)进行了ARPES研究。对于CDW温度为45K的0.01组分的样品,同样观测到了三维费米面区域的散射率在CDW温度下存在异常,而对于CDW被抑制的0.04组分样品,则满足常规金属的费米液体理论。利用氦灯21.2eV、圆偏振的7eV激光和11eV激光研究了两种不同组分的准一维费米面B点区域,高精度的激光能够得到清晰的电子结构,并观察到了 B点区域存在两套电子型的能带。重点利用11eV激光对0.01组分样品的准一维费米面的电子结构进行了详细地研究,观察到了沿着BD方向的能带结构随动量的演化,以及CDW能隙在D点打开的证据,并对D点能带通过变温实验,在CDW温度以上观测到了能隙的打开,表明在该体系可能存在赝能隙的行为。6.介绍了重费米子材料CeCoIn5的单晶生长,设计了用于生长重费米子薄膜材料的MBE设备,以及MBE与ARPES互连的中转腔。