DE102010010981A1 - Method for spatially resolved analyzing electron spin-polarization in optical path of e.g. parallel illustrating electron microscope, involves arranging filter in radiation path between lenses and detector in radiation direction - Google Patents

Method for spatially resolved analyzing electron spin-polarization in optical path of e.g. parallel illustrating electron microscope, involves arranging filter in radiation path between lenses and detector in radiation direction Download PDF

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    • H01J2237/24557—Spin polarisation (particles)

Abstract

The method involves analyzing a lateral distribution of a spin-polarization degree of electrons in jet blasting (11a-11b) by a polarization-sensitive bedding target (1). The polarization-sensitive bedding target and an electron-optical beam guide arrangement are provided with electron-optical lenses (3, 4). The electron-optical beam guide arrangement is arranged at an outlet (9) in parallel running beams an opposite-field energy filter (5) is arranged in a radiation path between one of the lenses and a detector (6) e.g. electron detector, in a radiation direction. An independent claim is also included for an arrangement for spatially resolved analyzing electron spin polarization in an optical path of a parallel illustrating electron microscope or behind a beam exit of an electron spectrometer.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur ortsaufgelösten Analyse der Elektronen-Spinpolarisation im Strahlengang eines parallel abbildenden Elektronenmikroskops oder hinter einem Strahlaustritt eines Elektronenspektrometers gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und einer entsprechenden Analyseanordnung.The invention is based on a method for spatially resolved analysis of the electron spin polarization in the beam path of a parallel imaging electron microscope or behind a beam exit of an electron spectrometer according to the preamble of claim 1 and a corresponding analysis device.

Bekannt sind verschiedene Methoden zur Analyse der Spinpolarisation von Elektronenstrahlen, darunter die spinabhängige Mottstreuung, die Niederenergie-Elektronenbeugung oder -Streuung sowie die Austauschstreuung an ferromagnetischen Targets. Einen Überblick gibt J. Kessler ['Polarized Electrons', 1st Edition, Springer Verlag, Berlin (1976)] . Bekannte Beispiele sind die Rasterelektronenmikroskopie mit Polarisationsanalyse (SEMPA) oder die spinaufgelöste Photoelektronenspektroskopie. Bei magnetischen Proben trägt die Spinpolarisation der zum Nachweis gelangenden Elektronen wichtige Informationen über die Magnetisierungsstruktur der untersuchten Probe. Die Höhe der Spinpolarisation ist ein Maß für die zugehörige Probenmagnetisierung. Darüber hinaus besteht eine direkte Korrelation zwischen der Richtung des Spinpolarisationsvektors der Elektronen mit der Richtung der lokalen Magnetisierung der Probe.Various methods are known for analyzing the spin polarization of electron beams, including the spin-dependent Mottstreuung, the low energy electron diffraction or scattering and the exchange scattering of ferromagnetic targets. An overview gives J. Kessler ['Polarized Electrons', 1st Edition, Springer Verlag, Berlin (1976)] , Known examples are scanning electron microscopy with polarization analysis (SEMPA) or spin-resolved photoelectron spectroscopy. In the case of magnetic samples, the spin polarization of the electrons to be detected carries important information about the magnetization structure of the investigated sample. The height of the spin polarization is a measure of the associated sample magnetization. In addition, there is a direct correlation between the direction of the spin polarization vector of the electrons and the direction of local magnetization of the sample.

Spinaufgelöste Abbildung ist daher geeignet, die magnetische Domänenstruktur von ferromagnetischen Proben direkt abzubilden oder dynamische Effekte, wie z. B. das Verhalten der Magnetisierung bei ultraschnellen Anregungsprozessen, zeitlich aufgelöst zu verfolgen.Spin-resolved imaging is therefore suitable for direct imaging of the magnetic domain structure of ferromagnetic specimens or dynamic effects such as. B. the behavior of the magnetization in ultrafast excitation processes to follow in time.

Die DE 10 2005 045 622 A1 zeigt ein Verfahren zur ortsaufgelösten Analyse der Elektronen-Spinpolarisation im Strahlengang eines parallel abbildenden Elektronenmikroskops, bei dem ein Elektronenstrahl an einem Streutarget reflektiert wird, wobei die Intensität des gestreuten Strahls abhängig von der Spinpolarisation des Strahls ist. Zur Spin-sensitiven Abbildung des Bildes müssen die elastisch gestreuten Elektronen verwendet werden, d. h. die Elektronen, die ohne wesentlichen Energieverlust gestreut oder gespiegelt werden. Bei der Streuung an dem Streutarget entstehen zwangsläufig immer auch Sekundärelektronen mit gegenüber der Energie der elastisch gestreuten Elektronen niedrigerer Energie, die keine „Spininformation” tragen und daher aus dem Strahlengang ausgeblendet werden. Zur Unterdrückung der Sekundärelektronen wird dabei die Verwendung einer Blende im Abbildungsgang nach der Streuung beschrieben, die aufgrund der chromatischen Abbildungsfehler der Elektronenlinsen eine Energiediskriminierung der Elektronen bewirken soll. Die Energiefilterung durch eine Blende im Strahlengang ist in vielen Fällen ungenügend da:

  • • Die Anzahl der Sekundärelektronen im Normalfall die der elastisch (spiegelnd) gestreuten Elektronen übersteigt.
  • • Der chromatische Fehler einer Linse von der Fehlenergie und dem Winkel ab hängt; dies bedeutet, dass selbst bei großem chromatischen Fehler Strahlen mit kleinem Winkel nicht diskriminiert werden können. Dadurch wird in einem zentralen, achsnahen Bereich des Bildes, der bevorzugt zur Abbildung genutzt wird, die Analyse der Spinpolarisation verschlechtert.
  • • Linsen mit großem chromatischen Fehler nicht vorteilhaft für die abbildende Detektion sind. Die chromatischen Fehler verschlechtern die Abbildung der Elektronenverteilung und behindern damit die gleichzeitige Analyse der Verteilungs- und Spinstruktur. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese Verteilung eine Orts- oder Winkelverteilung der Elektronen darstellt.
The DE 10 2005 045 622 A1 shows a method for spatially resolved analysis of electron spin polarization in the beam path of a parallel imaging electron microscope, in which an electron beam is reflected at a scattering target, wherein the intensity of the scattered beam is dependent on the spin polarization of the beam. For spin-sensitive imaging of the image, the elastically scattered electrons must be used, ie, the electrons that are scattered or mirrored without significant energy loss. In the scattering of the scattering target inevitably always secondary electrons arise with respect to the energy of the elastically scattered electrons lower energy, which carry no "spin information" and are therefore hidden from the beam path. To suppress the secondary electrons while the use of a diaphragm in the imaging path after the scattering is described, which is due to the chromatic aberrations of the electron lenses to cause an energy discrimination of the electrons. The energy filtering through a diaphragm in the beam path is insufficient in many cases:
  • • The number of secondary electrons normally exceeds that of the elastic (specular) scattered electrons.
  • • The chromatic aberration of a lens depends on the absence of energy and the angle; this means that even with large chromatic errors, small-angle beams can not be discriminated. As a result, the analysis of the spin polarization is worsened in a central, near-axis region of the image, which is preferably used for imaging.
  • • Lenses with large chromatic aberration are not beneficial for imaging detection. The chromatic errors degrade the imaging of the electron distribution and thus hinder the simultaneous analysis of the distribution and spin structure. It does not matter if this distribution represents a local or angular distribution of the electrons.

Die vorliegende Erfindung löst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche die Aufgabe, die Effizienz einer Polarisationsanalyse in Mikroskopie- und Spektroskopieexperimenten bei Simultandetektion der Polarisationsverteilung zu erhöhen.The present invention solves the problem by the features of the independent claims, the efficiency of a polarization analysis in microscopy and spectroscopy experiments with simultaneous detection of the polarization distribution to increase.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt die Anordnung zur elektronenoptischen Strahlführung mit den elektronenoptischen Linsen an ihrem Ausgang im Wesentlichen parallele Strahlen, wobei ein zwischen der im Strahlengang in Strahlrichtung letzten Linse und dem Detektor angeordneter Gegenfeld-Energiefilter die unelastisch gestreuten Elektronen und/oder die Sekundärelektronen abtrennt. Dadurch wird eine effektive spinaufgelöste Parallelabbildung ermöglicht. D. h. die laterale Ortsverteilung der Spinpolarisation ist im analysierten Elektronenstrahl nachweisbar. In typischen Mikroskopieexperimenten beträgt die Erhöhung der Messeffizienz mehr als zwei Größenordnungen, in Spektroskopieexperimenten mehr als eine Größenordnung.In the method according to the invention, the arrangement for electron-optical beam guidance with the electron-optical lenses produces substantially parallel beams at its output, wherein an opposing field energy filter arranged between the last lens in the beam path and the detector separates the inelastically scattered electrons and / or secondary electrons. This enables an effective spin-resolved parallel imaging. Ie. the lateral spatial distribution of the spin polarization is detectable in the analyzed electron beam. In typical microscopy experiments, the increase in measurement efficiency is more than two orders of magnitude, more than an order of magnitude in spectroscopy experiments.

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bisherigen Ansätzen sind die Möglichkeiten zur direkten Parallelabbildung eines spinaufgelösten (d. h. spingefilterten) Bildes in der Elektronenmikroskopie sowie zur simultanen Erfassung von spinaufgelösten Winkel- oder Energieverteilungen von gestreuten Elektronen oder Photoelektronen in der Spektroskopie. Insbesondere besteht die Anordnung zur Strahlführung aus elektronenoptischen Rundlinsen.Advantages of the method according to the invention over previous approaches are the possibilities for direct parallel imaging of a spin-resolved (i.e., spin-filtered) image in electron microscopy as well as for the simultaneous detection of spin-resolved angular or energy distributions of scattered electrons or photoelectrons in spectroscopy. In particular, the arrangement for beam guidance consists of electron-optical round lenses.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gegenfeld-Energiefilter alle Elektronen abtrennt, die eine Elektronenenergie aufweisen, die ein Elektronenvolt oder mehr als ein Elektronenvolt unterhalb der Elektronenenergie der elastisch am Streutarget gestreuten Elektronen liegt.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the counter-field energy filter separates all electrons which have an electron energy which is one electron volt or more than one electron volt below the electron energy of the electrons scattered elastically at the scattering target.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die elastisch am Streutarget gestreuten Elektronen eine im Energiebereich von 10 bis 50 Elektronenvolt wählbare Elektronenenergie aufweisen. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the electrons scattered elastically on the scattering target have an electron energy which can be selected in the energy range from 10 to 50 electron volts.

Die erfindungsgemäße Analyseanordung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens weist die Anordnung zur Strahlführung, das Streutarget und den Gegenfeld-Energiefilter auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Gegenfeld-Energiefilter zum Abtrennen (Abseparieren) von Sekundärelektronen und/oder unelastisch gestreuten Elektronen im Strahlengang in Strahlrichtung zwischen einer letzten Linse der Anordnung und dem Detektor angeordnet ist.The analysis arrangement according to the invention for carrying out the aforementioned method has the arrangement for beam guidance, the scattering target and the counter-field energy filter. In particular, it is provided that the counter-field energy filter for separating (separating) of secondary electrons and / or inelastically scattered electrons in the beam path in the beam direction between a last lens of the arrangement and the detector is arranged.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gegenfeld-Energiefilter mindestens zwei netzartige Gitterstrukturen aufweist und bevorzugt als Doppel-Gitternetz-Anordnung mit zwei netzartigen Gitterstrukturen ausgebildet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das die Gitterstrukturen als mikrostrukturierte Gitterstrukturen ausgebildet sind, die eine Periodizität aufweisen, die kleiner als oder gleich 10 μm ist (≤ 10 μm).According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the counter-field energy filter has at least two net-like lattice structures and is preferably designed as a double lattice network arrangement with two net-like lattice structures. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the grating structures are formed as microstructured grating structures having a periodicity of less than or equal to 10 μm (≤ 10 μm).

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Linsen der Anordnung zur elektronenoptischen Strahlführung derart angeordnet sind, dass die Anordnung an ihrem Ausgang im Wesentlichen parallel verlaufende Strahlen erzeugt.In particular, it is provided that the lenses of the arrangement for electron-optical beam guidance are arranged such that the arrangement generates essentially parallel beams at its output.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Sekundärelektronen direkt vor dem Elektronendetektor (Leuchtschirm, Multikanal-Zähldetektor etc.) durch eine Doppelgitterstruktur unterdrückt werden. Das zweite Gitter bremst die Elektronen soweit ab, dass nur die höherenergetischen elastisch gestreuten Elektronen das zweite Gitter passieren können und dadurch die niederenergetischen Sekundärelektronen vom Elektronendetektor nicht nachgewiesen werden können.In particular, it is provided that the secondary electrons are suppressed directly in front of the electron detector (fluorescent screen, multi-channel counting detector, etc.) by a double lattice structure. The second lattice slows down the electrons so far that only the higher-energy elastically scattered electrons can pass through the second lattice and thus the low-energy secondary electrons can not be detected by the electron detector.

Die Ortsauflösung am Elektronendetektor wird durch die Doppelgitterstruktur nicht gestört, wenn bevorzugt eine Gitterstruktur verwendet wird, deren Periodizität unter der erreichten Ortsauflösung des Mikroskops am Elektronendetektor liegt. Dies kann z. B. erreicht werden durch eine mikroskopische Gitterstruktur mit Periodizitäten unter 10 μm.The spatial resolution at the electron detector is not disturbed by the double lattice structure, if preferably a lattice structure is used whose periodicity lies below the achieved spatial resolution of the microscope at the electron detector. This can be z. B. can be achieved by a microscopic lattice structure with periodicities below 10 microns.

Die Abbildung vom Streukristall zum Elektronendetektor kann mit fehleroptimierten Elektronenlinsen erfolgen, die z. B. einen minimalem chromatischen und sphärischen Fehler aufweisen, um die Abbildungseigenschaften des Elektronenmikroskops möglichst optimal zu erhalten.The image from the scattering crystal to the electron detector can be done with error-optimized electron lenses, the z. B. have a minimal chromatic and spherical error in order to obtain the imaging properties of the electron microscope as optimal as possible.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Streutarget und die Strahlführung so positioniert und justiert sind, dass auf dem Leuchtschirm bzw. auf dem Bilddetektor des Mikroskops ein spingefiltertes elektronenoptisches Bild der Probe zur Abbildung kommt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Streutarget und die Strahlführung so positioniert und justiert sind, dass auf dem Leuchtschirm bzw. auf dem Bilddetektor des Mikroskops ein spingefiltertes elektronenoptisches Beugungsbild, d. h. die spingefilterte Impulsverteilung der von der Probe emittierten Elektronen, zur Abbildung kommt.According to a preferred embodiment, it is provided that the scattering target and the beam guidance are positioned and adjusted so that a spin-filtered electron-optical image of the sample is displayed on the luminescent screen or on the image detector of the microscope. In accordance with a further preferred embodiment, it is provided that the scattering target and the beam guide are positioned and adjusted such that a spin-filtered electron-optical diffraction pattern, that is to say a spin-filtered image, is present on the fluorescent screen or on the image detector of the microscope. H. the spin-filtered momentum distribution of the electrons emitted by the sample, comes to picture.

Verschiedene Ausführungsarten und Anwendungsfälle der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.Various embodiments and applications of the invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur ortsaufgelösten Analyse der Elektronen-Spinpolarisation an einem Streutarget gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und 1 shows a schematic representation of an arrangement for the spatially resolved analysis of the electron spin polarization on a scattering target according to a first embodiment of the invention; and

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur ortsaufgelösten Analyse der Elektronen-Spinpolarisation an einem Streutarget gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a schematic representation of an arrangement for spatially resolved analysis of electron spin polarization on a scattering target according to a second embodiment of the invention.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen ortsauflösenden Spinpolarimeters nutzt aus, dass sich durch die spinabhängige Streuung an einem (Streu-)Target 1 mit homogener Oberfläche eine Spinfilterung des gesamten Strahls, d. h. insbesondere der lateralen Verteilung der Elektronen im Strahl (bzw. Strahlbündel), erreichen lässt. Homogene Targetoberflächen können durch geeignete Präparation auf Einkristallen mit wohldefinierter kristallographischer Orientierung erzielt werden. Ein geeignetes Beispiel ist die Oberfläche eines Wolfram-Einkristalls mit (100)-Orientierung. Alternativ können geordnete (epitaktische) Schichten von Materialien mit hoher Ordnungszahl auf geeigneten Substraten aufgedampft werden. Für die Mottstreuung oder die diffuse Niederenergiebeugung können polykristalline Schichten mit hinreichend homogener feinkristalliner Struktur genutzt werden.A preferred embodiment of the spatially resolving spin polarimeter according to the invention makes use of the fact that the spin-dependent scattering on a (scattering) target results 1 With a homogeneous surface, a spin filtering of the entire beam, ie in particular the lateral distribution of the electrons in the beam (or beam), can be achieved. Homogeneous target surfaces can be achieved by suitable dissection on single crystals with well-defined crystallographic orientation. A suitable example is the surface of a tungsten monocrystal with (100) orientation. Alternatively, ordered (epitaxial) layers of high atomic number materials can be evaporated on suitable substrates. For the Mottstreuung or the diffuse Niederenergieugung polycrystalline layers with sufficiently homogeneous fine-crystalline structure can be used.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Analyseanordnung 10 in der elektronenoptischen Säule eines parallel abbildenden Elektronenmikroskops (nicht gezeigt). Die einfallenden Strahlen werden über die erste elektronenoptische Linse 2 auf das Streutarget 1 abgebildet und nach der Streuung bzw. Beugung durch die zweite elektronenoptische Linse 4 auf den Detektor 6 (z. B. Multikanal-Zähldetektor MCP), bzw. einen Bildschirm oder eine Zwischenbildebene abgebildet. Zur Veranschaulichung des Strahlengangs sind drei (primäre) Elektronenstrahle 11a, 11b, 11c und die entsprechend am Target 1 gestreuten (reflektierten bzw. gespiegelten) Strahle 11a', 11b', 11c' gezeigt. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an analysis arrangement 10 in the electron optical column of a parallel imaging electron microscope (not shown). The incident rays are transmitted through the first electron-optical lens 2 on the scattering target 1 and after the scattering or diffraction by the second electron-optical lens 4 on the detector 6 (eg multi-channel counting detector MCP), or a screen or an intermediate image plane. To illustrate the beam path are three (primary) electron beams 11a . 11b . 11c and the according to the target 1 scattered (reflected or mirrored) beams 11a ' . 11b ' . 11c ' shown.

Die 1 und 2 sind schematisch vereinfacht. In der Praxis können die elektronenoptischen Linsen 3, 4, 7, 8 aus mehreren Linsenelementen bestehen und hinter der Zwischenbildebene können Linsen (Projektive) zur weiteren Vergrößerung angebracht sein. Die Strahlquerschnitte sind der Deutlichkeit halber stark vergrößert dargestellt.The 1 and 2 are simplified schematically. In practice, the electron-optical lenses 3 . 4 . 7 . 8th consist of several lens elements and behind the intermediate image plane lenses (projective) may be appropriate for further enlargement. The beam cross sections are shown greatly enlarged for the sake of clarity.

Zwischen der im Strahlengang in Strahlrichtung letzten Linse 4 (bzw. 8 in 2) am Ausgang 9 der Anordnung und dem Detektor 6 ist ein Gegenfeld-Energiefilter 5, angeordnet, der die Sekundärelektronen absepariert (abtrennt). Der Gegenfeld-Energiefilter 5 weist mindestens zwei netzartige Gitterstrukturen 5a, 5b auf, zwischen denen ein die Elektronen retardierendes Gegenfeld aufgebaut wird. Die Potentialdifferenz zwischen dem Streutarget 1 und der zweiten netzartigen Gitterstruktur 5b in Volt entspricht der um ein bis zwei Elektronenvolt (eV) verringerten Energie der elastisch gestreuten Elektronen. Dieses Gegenfeld retardiert die gestreuten Elektronen derart, dass nur die elastisch gestreuten Elektronen die zweite netzartige Gitterstruktur 5b passieren und den Detektor 6 erreichen.Between the last lens in the beam path in the beam direction 4 (respectively. 8th in 2 ) at the exit 9 the arrangement and the detector 6 is an opposing field energy filter 5 , which separates the secondary electrons (separates). The opposing field energy filter 5 has at least two net-like lattice structures 5a . 5b on, between which an electron retarding counter field is built up. The potential difference between the scattering target 1 and the second net-like lattice structure 5b in volts, the energy of the elastically scattered electrons is reduced by one to two electron volts (eV). This opposing field retards the scattered electrons such that only the elastically scattered electrons form the second reticulated grid structure 5b happen and the detector 6 to reach.

In der dargestellten Geometrie wird die mit P gekennzeichnete Komponente des Spinpolarisationsvektors senkrecht zur Zeichenebene analysiert. Im Fall eines einkristallinen Streutargets 1 ist der Beugungswinkel energieabhängig.In the illustrated geometry, the component of the spin polarization vector marked P is analyzed perpendicular to the plane of the drawing. In the case of a monocrystalline scattering target 1 the diffraction angle is energy-dependent.

Ein praktisches Beispiel für diese Geometrie ist die Beugung an der (100)-Oberfläche von Wolfram bei einer Streuenergie von ca. 30 eV und Nutzung der Polarisationempfindlichkeit des (0, 0)-Strahls.A practical example of this geometry is the diffraction at the (100) surface of tungsten at a scattering energy of about 30 eV and use of the polarization sensitivity of the (0, 0) beam.

Alternativ kann eine ferromagnetische Schicht als spinsensitives Streutarget genutzt werden. Dabei beruht die spinfilternde Wirkung auf der Austauschstreuung [ R. Bertacco, D. Onofrio, F. Ciccaci, Rev. Sci. Instrum. 70 (1999) 3572 ].Alternatively, a ferromagnetic layer can be used as a spinsensitive scattering target. The spin-filtering effect is based on the exchange scattering [ R. Bertacco, D. Onofrio, F. Ciccaci, Rev. Sci. Instrum. 70 (1999) 3572 ].

2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungform der Analyseanordnung 10 für ein Elektronenmikroskop oder Elektronenspektrometer. Diese unterscheidet sich durch die zusätzlichen Linsen 7 und 8. Mittels dieser zusätzlichen Linsenanordnung 7, 8 kann für eine teleskopische Aufweitung der parallel verlaufenden Strahlen 11a', 11b', 11c' gesorgt werden und die laterale Größe des Strahlenbündels an die Größe des Detektors 6 angepasst werden. Entscheidend bei der Analyseanordnung 10 ist jeweils, dass die Anordnung zur elektronenoptischen Strahlführung an ihrem Ausgang im Wesentlichen parallele Strahlen 11a', 11b', 11c' erzeugt. Der zwischen der im Strahlengang in Strahlrichtung letzten Linse 4, 8 und dem Detektor 6 angeordneter Gegenfeld-Energiefilter 5a, 5b trennt die unelastisch gestreuten Elektronen und/oder die Sekundärelektronen bei dieser Anordnung wohldefiniert ab. 2 shows a schematic representation of another embodiment of the analysis device 10 for an electron microscope or electron spectrometer. This differs by the additional lenses 7 and 8th , By means of this additional lens arrangement 7 . 8th may be for a telescopic widening of the parallel rays 11a ' . 11b ' . 11c ' be taken care of and the lateral size of the beam to the size of the detector 6 be adjusted. Decisive in the analysis arrangement 10 is in each case that the arrangement for electron-optical beam guidance at its output substantially parallel rays 11a ' . 11b ' . 11c ' generated. The between the last in the beam path in the beam direction lens 4 . 8th and the detector 6 arranged opposing field energy filter 5a . 5b separates the inelastically scattered electrons and / or secondary electrons in this arrangement well-defined.

Das ortsauflösende Spinpolarimeter kann auch in energiegefilterten Elektronenmikroskopen eingesetzt werden. Dabei kann die Energieselektion sowohl durch dispersive Energiefilter als auch durch Flugzeitfilterung erfolgen.The spatially resolving spin polarimeter can also be used in energy-filtered electron microscopes. The energy selection can be done by dispersive energy filters as well as by time-of-flight filtering.

Die erfindungsgemäße Analyseanordnung 10 zur Spinpolarisationsanalyse in einem Elektronenspektrometer nutzt die räumliche Separation von Elektronen mit verschiedenen Eintrittsenergien oder Eintrittswinkeln in der Ebene des Austrittsspalts des Spektrometers aus.The analysis arrangement according to the invention 10 for spin polarization analysis in an electron spectrometer exploits the spatial separation of electrons with different entrance energies or entrance angles in the plane of the exit slit of the spectrometer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005045622 A1 [0004] DE 102005045622 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • J. Kessler ['Polarized Electrons', 1st Edition, Springer Verlag, Berlin (1976)] [0002] J. Kessler ['Polarized Electrons', 1st Edition, Springer Verlag, Berlin (1976)] [0002]
  • R. Bertacco, D. Onofrio, F. Ciccaci, Rev. Sci. Instrum. 70 (1999) 3572 [0026] R. Bertacco, D. Onofrio, F. Ciccaci, Rev. Sci. Instrum. 70 (1999) 3572 [0026]

Claims (8)

Verfahren zur ortsaufgelösten Analyse der Elektronen-Spinpolarisation im Strahlengang eines parallel abbildenden Elektronenmikroskops oder hinter dem Strahlaustritt eines Elektronenspektrometers, mit einem polarisationssensitiven Streutarget (1) und einer Anordnung zur elektronenoptischen Strahlführung mit elektronenoptischen Linsen (3, 4, 7, 8), wobei die laterale Verteilung des Spinpolarisationsgrades der Elektronen in den auf das Streutarget treffenden Strahlen (11a, 11b, 11c) durch das Streutarget simultan analysiert und mittels mindestens einer elektronenoptischen Linsen (4, 7, 8) der Anordnung (3, 4, 7, 8) auf einem ortsauflösenden Detektor (6) sichtbar gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung an ihrem Ausgang (9) im Wesentlichen parallel verlaufende Strahlen (11a', 11b', 11c') erzeugt, wobei ein zwischen der im Strahlengang in Strahlrichtung letzten Linse (4, 8) und dem Detektor (6) angeordneter Gegenfeld-Energiefilter (5) die unelastisch gestreuten Elektronen und/oder die Sekundärelektronen abtrennt.Method for the spatially resolved analysis of the electron spin polarization in the beam path of a parallel imaging electron microscope or behind the beam exit of an electron spectrometer, with a polarization-sensitive scattering target ( 1 ) and an arrangement for electron-optical beam guidance with electron-optical lenses ( 3 . 4 . 7 . 8th ), wherein the lateral distribution of the degree of spin polarization of the electrons in the rays striking the scattering target ( 11a . 11b . 11c ) are analyzed simultaneously by the scattering target and by means of at least one electron-optical lens ( 4 . 7 . 8th ) of the arrangement ( 3 . 4 . 7 . 8th ) on a spatially resolving detector ( 6 ) is made visible, characterized in that the arrangement at its output ( 9 ) substantially parallel rays ( 11a ' . 11b ' . 11c ' ), wherein a between the last in the beam path in the beam direction lens ( 4 . 8th ) and the detector ( 6 ) arranged opposing field energy filter ( 5 ) separates the inelastically scattered electrons and / or secondary electrons. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenfeld-Energiefilter (5) alle Elektronen abtrennt, die eine Elektronenenergie aufweisen, die ein Elektronenvolt oder mehr als ein Elektronenvolt unterhalb der Elektronenenergie der elastisch am Streutarget (1) gestreuten Elektronen liegt.Method according to claim 1, characterized in that the counter-field energy filter ( 5 ) separates all electrons which have an electron energy which is one electron volt or more than one electron volt below the electron energy of the elastic at the scattering target ( 1 ) scattered electrons. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die am Streutarget (1) gestreuten Elektronen eine im Energiebereich von 10 bis 50 Elektronenvolt wählbare Elektronenenergie aufweisen.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the at the scattering target ( 1 ) scattered electrons have a selectable in the energy range of 10 to 50 electron volts electron energy. Analyseanordung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung zur Strahlführung (3, 4, 7, 8), das Streutarget (1) und den Gegenfeld-Energiefilter (5).Analytical arrangement for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized by the arrangement for beam guidance ( 3 . 4 . 7 . 8th ), the litter target ( 1 ) and the counter-field energy filter ( 5 ). Analyseanordung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenfeld-Energiefilter (5) zum Abtrennen von unelastisch gestreuten Elektronen und/oder Sekundärelektronen im Strahlengang in Strahlrichtung zwischen einer letzten Linse (4, 8) der Anordnung (3, 4, 7, 8) und dem Detektor (6) angeordnet ist.Analytical arrangement according to claim 4, characterized in that the counter-field energy filter ( 5 ) for separating inelastically scattered electrons and / or secondary electrons in the beam path in the beam direction between a last lens ( 4 . 8th ) of the arrangement ( 3 . 4 . 7 . 8th ) and the detector ( 6 ) is arranged. Analyseanordung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenfeld-Energiefilter (5) mindestens zwei netzartige Gitterstrukturen (5a, 5b) aufweist.Analytical arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that counter-field energy filters ( 5 ) at least two net-like lattice structures ( 5a . 5b ) having. Analyseanordung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das die Gitterstrukturen (5a, 5b) als mikrostrukturierte Gitterstrukturen ausgebildet sind, die eine Periodizität aufweisen, die kleiner als oder gleich 10 μm ist.Analytical arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that the grid structures ( 5a . 5b ) are formed as microstructured lattice structures having a periodicity smaller than or equal to 10 μm. Analyseanordung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (3, 4, 7, 8) der Anordnung zur elektronenoptischen Strahlführung derart angeordnet sind, dass die Anordnung an ihrem Ausgang (9) im Wesentlichen parallel verlaufende Strahlen (11a', 11b', 11c') erzeugt.Analytical arrangement according to one of claims 4 to 7, characterized in that the lenses ( 3 . 4 . 7 . 8th ) of the arrangement for electron-optical beam guidance are arranged such that the arrangement at its output ( 9 ) substantially parallel rays ( 11a ' . 11b ' . 11c ' ) generated.
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