DE102013005173C5 - Measuring device and method for detecting a pulse distribution of charged particles - Google Patents

Measuring device and method for detecting a pulse distribution of charged particles Download PDF

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    • H01J49/443Dynamic spectrometers
    • H01J49/446Time-of-flight spectrometers

Abstract

Messvorrichtung (100), die zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles (1) geladener Teilchen eingerichtet ist, umfassend:- eine elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) mit einer elektronenoptischen Achse (OA), wobei die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) eine Objektivlinseneinrichtung (11) aufweist, die zur Erzeugung eines Impulsbildes (3) der x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) eingerichtet ist,- einen Energieanalysator, der zur energieaufgelösten Abbildung des Ensembles (1) eingerichtet ist, und- eine Detektoreinrichtung (30), die zur Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass- der Energieanalysator eine Drifteinrichtung (20) umfasst, die angeordnet ist, von den Teilchen des Ensembles (1) mit einer Flugzeit durchlaufen zu werden, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur elektronenoptischen Achse (OA) abhängt,- die Detektoreinrichtung (30) zur zeitaufgelösten Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung (20) erfassbar sind, und- die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) des Weiteren umfasst:- eine erste Teleskopoptik (12), die zur Erzeugung eines ersten Realraumzwischenbildes (4) des Ensembles (1) der Teilchen mit einer räumlich festen Lage eingerichtet ist,- eine variable und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbare erste Blende (13), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messvorrichtung (100) eingerichtet ist, wobei durch die justierbare erste Blende (13) eine Auswahl von Position und Größe eines zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ermöglicht wird, und- eine Retardierungsoptik (14), die zur Anpassung der Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung (20) eingerichtet ist, wobei die Retardierungsoptik (14) eingerichtet ist, das Ensemble der Teilchen (1) abzubremsen und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung (20) anzupassen und mindestens fünf, entlang der elektronenoptischen Achse (OA) angeordnete Retardierungsoptik-Segmente (141) aufweist, mit denen eingangs- und ausgangsseitige Brennweiten der Retardierungsoptik (14) unabhängig voneinander einstellbar sind.A measuring device (100) adapted to detect a pulse distribution of an ensemble (1) of charged particles, comprising: - an electron optical imaging device (10) having an electron optical axis (OA), the electron optical imaging device (10) comprising an objective lens device (11) which is arranged to generate a pulse image (3) of the x and y components of the momentum vectors of the particles perpendicular to the electron optical axis (OA), - an energy analyzer adapted for energy resolved imaging of the ensemble (1), and - a detector means (30) adapted to receive the impulse image of the ensemble (1), the x and y components of the impulse vectors of the particles being detectable by coordinates of the particles in the impulse image, characterized in that the energy analyzer comprises a drift device (20) which is arranged to be traversed by the particles of the ensemble (1) with a time of flight - which depends on the z-component of the momentum vectors of the particles parallel to the electron optical axis (OA), - the detector means (30) for the time-resolved recording of the pulse image of the ensemble (1) is set, wherein the z-components of the momentum vectors of the particles by the time of flight in the drift device (20) can be detected, and the electron-optical imaging device (10) further comprises: - a first telescope optics (12) for spatially generating a first real space intermediate image (4) of the ensemble (1) of the particles fixed position - a variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable first aperture (13) adapted to define a field of view of the measuring device (100), wherein by the adjustable first aperture (13) a selection of position and Size of a sample area reaching the image is made possible, and- a retarding optics (14), which adjust the beam energy of the Particle to the potential of the drift device (20) is arranged, wherein the retarding optics (14) is arranged to decelerate the ensemble of the particles (1) and with respect to its image magnification and pulse image scaling to the drift device (20) and at least five, along the Electron-optical axis (OA) arranged Retardierungsoptik segments (141), with which the input and output side focal lengths of the retarding optics (14) are independently adjustable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, die zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles geladener Teilchen, z. B. aus einer zu untersuchenden Probe, eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein parallel abbildendes Flugzeit-Mikroskop zur simultanen Erfassung der Impuls- und Energieverteilung des Ensembles geladener Teilchen mit optionaler Spinfilterung. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erfassung der Impulsverteilung des Ensembles geladener Teilchen. Anwendungen der Erfindung sind insbesondere bei Untersuchungen an Festkörperoberflächen mittels Photoelektronenemission gegeben.The invention relates to a measuring device for detecting a pulse distribution of a set of charged particles, for. B. from a sample to be examined, is set up. In particular, the invention relates to a parallel imaging time-of-flight microscope for the simultaneous detection of the momentum and energy distribution of the ensemble of charged particles with optional spin filtering. The invention also relates to a method for detecting the momentum distribution of the charged particle ensembles. Applications of the invention are given in particular in investigations on solid surfaces by means of photoelectron emission.

Der Zustand eines Elektrons ist quantenmechanisch vollständig durch seine Impuls- und Spinfreiheitsgrade definiert, was z. B. in Form der drei kartesischen Komponenten jeweils des polaren Impulsvektors (kx, ky, kz) und des axialen Spinvektors (sx, sy, sz) darstellbar ist. In speziellen Fällen ist nur eine Untermenge dieser sechs Parameter von Null verschieden. Dies gilt z. B. für einen monoenergetischen, unidirektionalen und vollständig polarisierten Elektronenstrahl, bei dem nur zwei Parameter von Null verschieden sind. In Elementarprozessen, wie Elektronenstreuung oder Photoemission, entstehen jedoch allgemein Elektronenensembles, welche eine charakteristische dreidimensionale Impuls- und Spinverteilung aufweisen. Zur vollständigen Charakterisierung solcher Prozesse müssen die drei Komponenten des Impulsvektors gemessen werden, wenn keine spinabhängige Wechselwirkung vorliegt. Bei Vorliegen einer spinabhängigen Wechselwirkung ist zusätzlich der Spinfreiheitsgrad zu bestimmen, welcher in vielen Fällen (z. B. der Photoemission aus ferromagnetischen Proben mit unidirektionaler Spinausrichtung) durch eine Komponente gekennzeichnet ist.The state of an electron is quantum mechanically completely defined by its momentum and spin degrees of freedom, which z. B. in the form of the three Cartesian components of each of the polar momentum vector (k x , k y , k z ) and the axial spin vector (s x , s y , s z ) can be represented. In special cases, only a subset of these six parameters is nonzero. This applies z. For a monoenergetic, unidirectional and fully polarized electron beam, in which only two parameters are different from zero. In elementary processes, such as electron scattering or photoemission, however, generally arise electron ensembles, which have a characteristic three-dimensional momentum and spin distribution. To fully characterize such processes, the three components of the momentum vector must be measured if there is no spin-dependent interaction. In the case of a spin-dependent interaction, the spin degree of freedom must additionally be determined, which in many cases ( z , The photoemission from ferromagnetic samples with unidirectional spin alignment) is characterized by a component.

Es ist allgemein bekannt, die Impulsverteilung eines Ensembles geladener Teilchen, z. B. in der Photoelektronenspektroskopie, mit einem energiedispersiven Spektrometer zu messen. Herkömmliche energiedispersive Spektrometer erfassen Photoelektronen nur in einem beschränkten Winkelbereich über einer Probenoberfläche. Die Messung einer vollen Impulsverteilung, die im Fall der Photoelektronen ein direktes Abbild der elektronischen Bandstruktur im Impulsraum wiedergibt, erfordert daher ein gegenseitiges Verschwenken der Probe und des Spektrometers und eine sequenzielle Messung bei verschiedenen Schwenkpositionen. Die Messung mit herkömmlichen energiedispersiven Spektrometern ist daher eine sehr zeitaufwändige und fehleranfällige Prozedur.It is well known that the momentum distribution of an ensemble of charged particles, e.g. As in photoelectron spectroscopy, to measure with an energy-dispersive spectrometer. Conventional energy dispersive spectrometers detect photoelectrons only in a limited angular range over a sample surface. The measurement of a full pulse distribution, which in the case of the photoelectrons represents a direct image of the electronic band structure in the pulse space, therefore requires a mutual pivoting of the sample and the spectrometer and a sequential measurement at different pivoting positions. The measurement with conventional energy-dispersive spectrometers is therefore a very time-consuming and error-prone procedure.

Eine deutliche Verbesserung wird erreicht, indem eine zweidimensionale Impulsverteilung durch ein abbildendes dispersives Spektrometer 100' gemäß 10 (Stand der Technik) erfasst wird (siehe B. Krömker et al. in „Rev. Sci. Instrum.“ Bd. 79, 2008, S. 053702-1 bis 053702-7 ). Das abbildende Spektrometer 100' umfasst eine elektronenoptische Abbildungseinrichtung 10' zur Erzeugung eines Impulsbildes der x- und y-Komponenten (kx, ky) der Impulsvektoren der Elektronen senkrecht zur optischen Achse (z-Achse), einen Energieanalysator 20' zur energieaufgelösten Abbildung der Elektronen und eine Detektoreinrichtung 30' zur Aufnahme des Impulsbildes der Elektronen eingerichtet ist. Der Energieanalysator 20' umfasst ein abbildendes Energiefilter in Gestalt eines Halbkugelspektrometers. Das Halbkugelspektrometer ist mit zwei zueinander versetzt angeordneten, halbkugelförmigen Elektroden aufgebaut, die jeweils durch Teilchen ausschließlich mit einer gewählten Energie simultan durchlaufen werden können. Der Energiefilter ermöglicht, dass mit dem Spektrometer 100' eine laterale Impulsverteilung bei der gewählten Energie simultan erfasst werden kann. Die Messung einer vollen Impulsverteilung erfordert jedoch, dass die laterale Impulsverteilung im interessierenden Energiebereich in kleinen Schritten (d.h. mit kleinen Energie-Inkrementen) sequenziell gemessen wird.A significant improvement is achieved by applying a two-dimensional momentum distribution through an imaging dispersive spectrometer 100 ' according to 10 (Prior art) is detected (see Krömker et al. in "Rev. Sci. Instrum. "Vol. 79, 2008, pp. 053702-1 to 053702-7 ). The imaging spectrometer 100 ' comprises an electron-optical imaging device 10 ' for generating a pulse image of the x and y components (k x , k y ) of the momentum vectors of the electrons perpendicular to the optical axis ( z Axis), an energy analyzer 20 ' for the energy-resolved imaging of the electrons and a detector device 30 ' is arranged to receive the pulse image of the electrons. The energy analyzer 20 ' comprises an imaging energy filter in the form of a hemispherical spectrometer. The hemispherical spectrometer is constructed with two mutually offset, hemispherical electrodes, each of which can be traversed simultaneously by particles exclusively with a selected energy. The energy filter allows that with the spectrometer 100 ' a lateral momentum distribution at the selected energy can be detected simultaneously. The measurement of a full momentum distribution, however, requires that the lateral momentum distribution in the energy region of interest be measured sequentially in small steps (ie, with small energy increments).

Somit ist bei allen bisher beschriebenen Spektrometer-Typen eine sequenzielle Erfassung bei verschiedenen Winkeln und/oder bei verschiedenen Energien erforderlich. Mit diesen Methoden ist die Erfassung der gesamten Impulsverteilung von geladenen Teilchen, insbesondere Elektronen, im Halbraum über einer Festkörperprobe sehr zeitaufwändig.Thus, sequential acquisition at different angles and / or at different energies is required for all spectrometer types described so far. With these methods, the acquisition of the entire momentum distribution of charged particles, in particular electrons, in the half space over a solid sample is very time consuming.

DE 10 2005 045 622 B4 offenbart eine Anordnung zur Analyse der Elektronen-Spinpolarisation mit einem parallel abbildenden Elektronenmikroskop. Die Anordnung umfasst ein polarisationssensitives Streutarget in einem elektronenoptischen Strahlengang und einen ortsauflösenden Detektor oder eine Anordnung aus mehreren Detektoren zum Nachweis der gestreuten Elektronen. Die herkömmliche Technik ist nicht für parallele energieselektive Messungen ausgelegt. DE 10 2005 045 622 B4 discloses an arrangement for analyzing electron spin polarization with a parallel imaging electron microscope. The arrangement comprises a polarization-sensitive scattering target in an electron-optical beam path and a spatially resolving detector or an arrangement of a plurality of detectors for detecting the scattered electrons. The conventional technique is not designed for parallel energy selective measurements.

Aus US 6 737 647 B2 ist eine Anordnung zur Abbildung des von einer Probe gepulst emittierten Teilchenensembles auf einem Detektor mit einer Rundlinsenoptik bekannt. Ein Teil der Rundlinsenoptik ist so ansteuerbar, dass die Geschwindigkeit oder Flugbahn der Teilchen beeinflusst wird und chromatische und/oder sphärische Fehler der Abbildung reduziert werden. Out US Pat. No. 6,737,647 B2 An arrangement is known for imaging the particle ensemble pulsed emitted by a sample on a detector with a round-lens optical system. A part of the round lens optics is controllable so that the speed or trajectory of the particles is influenced and chromatic and / or spherical errors of the image are reduced.

Die herkömmliche Technik ist nicht für parallele Messungen von Teilchenimpulsen ausgelegt.The conventional technique is not designed for parallel measurements of particle pulses.

In den Publikationen von G. Schönhense et al. („Surface Science“, Bd. 480, 2001, S. 180-187) und H. Spiecker et al. („Nuclear Instruments and Methods in Physics Reseach A“, Bd. 406, 1998, S. 499-506) werden Photoelektronen-Emissionsmikroskope beschrieben, die für eine energieaufgelöste Abbildung von Photoelektronen im Ortsraum Flugzeit-Driftstrecken aufweisen. Zur Erzielung einer ausreichenden Ortsauflösung sind die Objektivlinsen der beschriebenen Mikroskope mit Aperturblenden ausgestattet, mit denen die Impulsverteilung der erfassten Teilchen eingeschränkt wird. Eine energieaufgelöste Abbildung von Elektronenensembles im Impulsraum ist mit diesen Mikroskopen nicht möglich.In the publications of G. Schönhense et al. ("Surface Science", Vol. 480, 2001, pp. 180-187) and H. Spiecker et al. ("Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A", Vol. 406, 1998, p. 499-506) Photoelectron emission microscopes are described which have time-of-flight drift paths for an energy-resolved imaging of photoelectrons in spatial space. To achieve sufficient spatial resolution, the objective lenses of the described microscopes are equipped with aperture stops with which the pulse distribution of the detected particles is restricted. An energy-resolved imaging of electron ensembles in the momentum space is not possible with these microscopes.

Ein weiteres Photoelektronen-Emissionsmikroskop mit Energieauflösung wird von M. Kotsugi et al. („Review of Scientific Instruments“, Band 74, 2003, S. 2754-2758) beschrieben. Aus DE 10 2010 010 981 A1 ist eine elektronenoptische Analyseanordnung zur Analyse der Elektronen-Spinpolarisation von Elektronen bekannt.Another photoelectron emission microscope with energy resolution is from M. Kotsugi et al. ("Review of Scientific Instruments", Vol. 74, 2003, pp. 2754-2758) described. Out DE 10 2010 010 981 A1 For example, an electron-optical analysis arrangement for analyzing the electron spin polarization of electrons is known.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Messvorrichtung zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles aus geladenen Teilchen bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Die Messvorrichtung soll insbesondere die Messung einer vollen Impulsverteilung der Teilchen mit vermindertem Zeitaufwand, verbesserter Energieauflösung und/oder verbesserter Zuverlässigkeit ermöglichen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein verbessertes Verfahren zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles aus geladenen Teilchen bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden.The object of the invention is to provide an improved measuring device for detecting a pulse distribution of a charged particle ensemble, with which disadvantages of conventional techniques are avoided. In particular, the measuring device should enable the measurement of a full pulse distribution of the particles with reduced expenditure of time, improved energy resolution and / or improved reliability. The object of the invention is also to provide an improved method for detecting a pulse distribution of a charged particle ensemble, with which disadvantages of conventional techniques are avoided.

Diese Aufgaben werden durch eine Messvorrichtung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects are achieved by a measuring device or a method having the features of the independent claims. Advantageous embodiments and applications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch eine Messvorrichtung gelöst, die zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles geladener Teilchen, wie z. B. Elektronen, Ionen oder Positronen, insbesondere aus einer zu untersuchenden Probe, eingerichtet ist und eine elektronenoptische Abbildungseinrichtung, einen Energieanalysator und eine Detektoreinrichtung umfasst. Die elektronenoptische Abbildungseinrichtung weist eine Objektivlinseneinrichtung auf, die zur Erzeugung eines Impulsbildes (reziprokes Bild) der x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zu einer elektronenoptischen Achse (im Folgenden als optische Achse bezeichnet) der Messvorrichtung, insbesondere der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung, eingerichtet ist. Das reziproke Bild ist nicht durch eine Aperturblende begrenzt. Der Energieanalysator ist für eine energieaufgelösten Abbildung des Ensembles der Teilchen konfiguriert. Die Detektoreinrichtung ist zur Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles der Teilchen eingerichtet, wobei die x- und y- Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfassbar sind.According to a first general aspect of the invention, the stated object is achieved by a measuring device which is used to detect a pulse distribution of an ensemble of charged particles, such. B. electrons, ions or positrons, in particular from a sample to be examined, is arranged and comprises an electron-optical imaging device, an energy analyzer and a detector device. The electron-optical imaging device has an objective lens device which is set up to generate a pulse image (reciprocal image) of the x and y components of the momentum vectors of the particles perpendicular to an electron-optical axis (hereinafter referred to as optical axis) of the measuring device, in particular the electron-optical imaging device is. The reciprocal image is not limited by an aperture stop. The energy analyzer is configured for an energy resolved mapping of the ensemble of particles. The detector device is adapted to receive the pulse image of the ensemble of particles, wherein the x and y components of the momentum vectors of the particles can be detected by coordinates of the particles in the momentum pattern.

Gemäß der Erfindung umfasst der Energieanalysator eine Drifteinrichtung, die angeordnet ist, von den Teilchen des Ensembles mit einer Flugzeit durchlaufen zu werden, die von der Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur optischen Achse (z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen) abhängt. Vorteilhafterweise stellt die Drifteinrichtung im Unterschied zum herkömmlich verwendeten Energieanalysator keinen Energiefilter dar, mit dem Teilchen mit Energien abweichend von einem bestimmten Intervall aus dem Abbildungsstrahlengang ausgelenkt werden. Vielmehr wird eine energieaufgelöste Abbildung erreicht, indem alle Teilchen, die untersucht werden sollen und zum Beispiel an einer Probe generiert werden, in Abhängigkeit von ihrer Energie aufeinanderfolgend die Driftstrecke der Drifteinrichtung durchlaufen und am Ende der Drifteinrichtung eintreffen. Die Beschränkung der herkömmlichen Technik auf die sequenzielle Messung in engen Energieintervallen wird überwunden.According to the invention, the energy analyzer comprises a drift device which is arranged to be traversed by the particles of the ensemble with a time of flight which is parallel to the optical axis of the component of the momentum vectors of the particles ( z Component of the momentum vectors of the particles). In contrast to the energy analyzer conventionally used, the drift device advantageously does not constitute an energy filter with which particles with energies deviating from a specific interval are deflected out of the imaging beam path. Rather, an energy-resolved image is achieved by all the particles that are to be examined and are generated, for example, on a sample, depending on their energy successively through the drift path of the drift device and arrive at the end of the drift device. The limitation of the conventional technique to the sequential measurement in narrow energy intervals is overcome.

Des Weiteren ist gemäß der Erfindung die Detektoreinrichtung für eine zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles der geladenen Teilchen eingerichtet. Daher ist mit der Detektoreinrichtung die Flugzeit aller Teilchen in der Drifteinrichtung messbar. Die Flugzeit wird aufgrund der Funktion der Drifteinrichtung durch die z-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen bestimmt. Vorteilhafterweise können daher gemeinsam mit den x- und y- Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen aus den Koordinaten der Teilchen im Impulsbild alle x-, y- und z-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen mit der Detektoreinrichtung in einem gemeinsamen Messvorgang erfasst werden. Die Messdauer und die Fehleranfälligkeit der Messung, wie sie bei den herkömmlichen sequentiellen Messungen auftreten, werden verringert. Die Energieauflösung der Messung wird gegenüber herkömmlichen Techniken verbessert.Furthermore, according to the invention, the detector device is set up for a time-resolved recording of the pulse image of the ensemble of charged particles. Therefore, with the detector device, the time of flight of all particles in the drift device can be measured. The time of flight is determined by the z-components of the momentum vectors of the particles due to the function of the drift means. Advantageously, therefore, together with the x and y components of the momentum vectors of the particles from the coordinates of the particles in the momentum image, all x, y and z components of the momentum vectors of the particles can be detected by the detector device in a common measurement operation. The measuring time and the error rate of the measurement, as they occur in the conventional sequential measurements are reduced. The energy resolution of the measurement is improved over conventional techniques.

Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles geladener Teilchen, wie z. B. Elektronen, Ionen oder Positronen, gelöst, die an einer untersuchten Probe generiert werden, z. B. aus der Oberfläche der Probe austreten. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren mit der Messvorrichtung gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung ausgeführt. Das Verfahren umfasst eine Erzeugung eines Impulsbildes der Teilchen mit einer Objektivlinseneinrichtung einer elektronenoptischen Abbildungseinrichtung, wobei das Impulsbild die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen in einer reziproken Ebene der Objektivlinseneinrichtung senkrecht zu einer optischen Achse der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung umfasst. Des Weiteren umfasst das Verfahren eine energieaufgelöste Abbildung des Ensembles mit einer Drifteinrichtung, die von den Teilchen des Ensembles mit einer Flugzeit durchlaufen wird, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur optischen Achse abhängt.According to a second general aspect of the invention, said object is achieved by a method for detecting a momentum distribution of a charged particle ensemble, such as e.g. As electrons, ions or positrons, which are generated on a sample examined, z. B. emerge from the surface of the sample. Preferably, the method according to the invention is carried out with the measuring device according to the first general aspect of the invention. The method comprises generating a pulse image of the particles with an objective lens device of an electron-optical imaging device, wherein the pulse pattern comprises the x and y components of the momentum vectors of the particles in a reciprocal plane of the objective lens device perpendicular to an optical axis of the electron optical imaging device. Furthermore, the method comprises energy resolved imaging of the ensemble with drift means traversed by the ensemble particles with a time of flight dependent on the z component of the momentum vectors of the particles parallel to the optical axis.

Des Weiteren umfasst das Verfahren eine zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles mit einer Detektoreinrichtung, wobei die x- und y- Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild und die z-Komponenten der Impulsvektoren der geladenen Teilchen in Abhängigkeit von der Flugzeit in der Drifteinrichtung erfasst werden. Vorzugsweise ist die Lage der reziproken Ebene der Objektivlinseneinrichtung achromatisch, so dass sich diese Ebene bei geänderter Teilchenenergie räumlich nicht verschiebt.Furthermore, the method comprises a time-resolved recording of the pulse image of the ensemble with a detector device, wherein the x- and y-components of the momentum vectors of the particles by coordinates of the particles in the pulse image and the z-components of the momentum vectors of the charged particles as a function of the time of flight in the drift device are detected. Preferably, the position of the reciprocal plane of the objective lens device is achromatic, so that this plane does not move spatially with changed particle energy.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung, im Folgenden auch als „Flugzeit-Impulsmikroskop“ bezeichnet, und das erfindungsgemäße Verfahren vermeiden den mit der herkömmlichen sequenziellen Erfassung verbundenen Verlust an Nachweiseffizienz dadurch, dass alle drei kartesischen Komponenten des Impulsvektors simultan mit hoher Präzision erfasst werden. Dabei werden für jedes nachgewiesene Teilchen zwei Impulskomponenten (kx, ky) durch die elektronenoptische Abbildungseinrichtung, insbesondere eine abbildende elektronenoptische Säule, die wie in einem Elektronenmikroskop aufgebaut sein kann, dargestellt. Dies entspricht der vergrößerten Abbildung der reziproken Bildebene. Die dritte Impulskomponente (kz) wird mit der Messung der Flugzeit des geladenen Teilchens durch die in die Säule integrierte niederenergetische Driftstrecke der Drifteinrichtung erfasst. Damit lassen sich z. B. bei der Untersuchung von Elektronen im interessierenden Energieintervall mit einer Breite von mehreren Elektronenvolt alle drei Impulskomponenten jedes einzelnen emittierten geladenen Teilchens ohne Verluste im Halbraum über einer Festkörperprobe nachweisen.The measuring device according to the invention, hereinafter also referred to as "time-of-flight pulse microscope", and the method according to the invention avoid the loss of detection efficiency associated with conventional sequential detection in that all three Cartesian components of the pulse vector are detected simultaneously with high precision. In this case, for each detected particle, two pulse components (k x , k y ) are represented by the electron-optical imaging device, in particular an imaging electron-optical column, which can be constructed as in an electron microscope. This corresponds to the enlarged image of the reciprocal image plane. The third pulse component (k z ) is detected by measuring the time of flight of the charged particle through the low-energy drift path of the drift device integrated into the column. This can be z. B. in the investigation of electrons in the energy interval of interest with a width of several electron volts all three pulse components of each emitted charged particle without losses in the half space on a solid sample detect.

Ein wesentlicher Vorteil des Flugzeit-Impulsmikroskops ist, dass im Gegensatz zur konventionellen hochauflösenden Elektronenmikroskopie keine Aperturblende in der reziproken Bildebene (crossover) der Objektivlinseneinrichtung platziert ist, da gerade die Teilchenverteilung in dieser reziproken Ebene abgebildet wird. Im Gegensatz zu konventionellen Flugzeitspektrometern können das k-parallel-Gesichtsfeld immer konstant, der Skalierungsfaktor konstant und die k-Auflösung konstant sein. Bei hinreichend kleiner Startenergie der Teilchen ist der Akzeptanzwinkelbereich unbegrenzt. Insbesondere kann auch bei hohen Startenergien immer ein konstantes Gesichtsfeld von etwa ein bis zwei Brillouin-Zonen typischer Einkristalloberflächen im Impulsraum abgebildet werden. Dies ist besonders bei einer Anwendung zur hochenergetischen Photoelektronenspektroskopie (HAXPES) vorteilhaft. Für die Anwendung der Impulsabbildung wird dabei generell die sphärische Aberration minimiert, um ein möglichst großes Gesichtsfeld im Impulsraum gleichzeitig abzubilden.An essential advantage of the time-of-flight pulse microscope is that, in contrast to conventional high-resolution electron microscopy, no aperture stop is placed in the reciprocal image plane (crossover) of the objective lens device, since the particle distribution in this reciprocal plane is being imaged. In contrast to conventional time-of-flight spectrometers, the k-parallel field of view can always be constant, the scaling factor constant, and the k-resolution constant. With sufficiently small starting energy of the particles, the acceptance angle range is unlimited. In particular, even at high starting energies, a constant field of view of approximately one to two Brillouin zones of typical single-crystal surfaces in the momentum space can always be imaged. This is particularly advantageous in a high energy photoelectron spectroscopy (HAXPES) application. In general, the spherical aberration is minimized for the application of the pulse mapping in order to simulate the largest possible field of view in the momentum space at the same time.

Vorteilhafterweise kann die energieselektive Messung bei festen Einstellungen erfolgen, d.h. ohne geometrische Variation des Beobachtungswinkels und ohne Durchfahren von Spannungen. Das Verfahren erfordert eine Zeitstruktur (Zeitmuster), die bei der Erzeugung und/oder während der Abbildung der geladenen Teilchen dem Teilchenensemble aufgeprägt wird. Die Zeitstruktur des dem Teilchenensembles wird z. B. bei der Untersuchung von Festkörperoberflächen durch eine Zeitstruktur der anregenden Strahlung bereitgestellt. Vorteilhafterweise ist diese Zeitstruktur sowohl bei niederenergetischen Laserquellen als auch bei Synchrotronstrahlungsquellen zur Anregung von Photoelektronen an Festkörperoberflächen verfügbar.Advantageously, the energy selective measurement can be done at fixed settings, i. without geometric variation of the observation angle and without passing through voltages. The method requires a time structure (time pattern) which is impressed on the particle ensemble during the generation and / or during the imaging of the charged particles. The time structure of the particle ensemble is z. B. in the investigation of solid surfaces by a time structure of the exciting radiation. Advantageously, this time structure is available both for low-energy laser sources and for synchrotron radiation sources for exciting photoelectrons on solid surfaces.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass bei Verwendung einer angepassten Elektronenoptik mit ausschließlich elektrostatischen Elementen das Flugzeit-Impulsmikroskop grundsätzlich zur Analyse der Impulsverteilung aller Arten von geladenen Teilchen, insbesondere von Elektronen, Ionen oder Positronen, geeignet ist.A further advantage of the invention is that when using a matched electron optics with exclusively electrostatic elements, the time-of-flight pulse microscope is basically suitable for analyzing the momentum distribution of all types of charged particles, in particular of electrons, ions or positrons.

Der Gewinn an Messeffizienz lässt sich aus verfügbaren Größen abschätzen. Mit der Flugzeittechnik lässt sich ohne großen Aufwand eine Energieauflösung von 10 meV erreichen, siehe z. B. P. S. Kirchmann et al. in „Appl. Phys. A.“ Bd. 91, 2008, S. 211-217 . Elektronenoptische Simulationen ergeben, dass ohne Aberrationskorrektur ein Energieintervall von etwa 10% der Driftenergie simultan nutzbar ist. Für eine angenommene Driftenergie von 30 eV ergibt sich ein zulässiges Intervall von ca. 3 eV. Bei einer detektorseitigen Zeitauflösung von 200 ps und einer Driftstrecke der Drifteinrichtung von 800 mm folgt daraus eine Energieauflösung von 30 meV, siehe z. B. A. Oelsner et al. in „Rev. Sci. Instrum.“ Bd. 72, Nr. 10, 2001, S. 3968 . Somit sind ca. 100 Energieintervalle simultan erfassbar.The gain in measurement efficiency can be estimated from available quantities. With time-of-flight technology, an energy resolution of 10 meV can be achieved without much effort, see eg BPS Kirchmann et al. in "Appl. Phys. A. "Vol. 91, 2008, pp. 211-217 , Electron-optical simulations show that without aberration correction an energy interval of about 10% of the drift energy can be used simultaneously. For an assumed drift energy of 30 eV, a permissible interval of about 3 eV results. At a detector-side time resolution of 200 ps and a drift path of the drift device of 800 mm, this results in an energy resolution of 30 meV, see, for. B. A. Oelsner et al. in "Rev. Sci. Instrum. "Vol. 72, No. 10, 2001, p. 3968 , Thus, about 100 energy intervals can be detected simultaneously.

Ein großer praktischer Vorteil der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist ihre Baugröße. Während z. B. ein herkömmliches abbildendes dispersives Elektronenspektrometer ein Volumen von mehr als 1 m3 einnimmt, ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung in Form einer linearen Säule mit Durchmesser von 150 mm und einer Länge im Bereich von 1 m realisierbar.A great practical advantage of the measuring device according to the invention is its size. While z. B. a conventional imaging dispersive electron spectrometer occupies a volume of more than 1 m 3 , the measuring device according to the invention in the form of a linear column with Diameter of 150 mm and a length in the range of 1 m can be realized.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass Prozesse untersucht werden können, bei denen zwei Elektronen mit unterschiedlicher Energie gleichzeitig entstehen, welche in Koinzidenz nachgewiesen werden können, auch wenn ihre Energie und Richtung des Impulsvektors unterschiedlich sind. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit, die Strahlenbelastung der untersuchten Probe um Größenordnungen zu reduzieren. Ferner ist das Verfahren besonders gut geeignet, um ultraschnelle dynamische Prozesse zu untersuchen. Beispielsweise lässt sich ein schnelles Anregungssignal (Photonen- oder Feldpuls) mit dem Abtastsignal über eine variable Zeitverzögerung synchronisieren, um so genannte „Pump-Probe Experimente“ durchzuführen. Zur Steigerung der Auflösung ist zusätzlich eine konventionelle Aberrationskorrektur (Spiegel, Multipol) oder eine dynamische Aberrationskorrektur möglich.A particular advantage of the method according to the invention is that it is possible to study processes in which two electrons with different energies are generated simultaneously, which can be detected in coincidence, even if their energy and direction of the momentum vector are different. Another advantage lies in the possibility of reducing the radiation exposure of the examined sample by orders of magnitude. Furthermore, the method is particularly well suited to investigate ultrafast dynamic processes. For example, a fast excitation signal (photon or field pulse) can be synchronized with the sample signal over a variable time delay to perform so-called pump-probe experiments. To increase the resolution, a conventional aberration correction (mirror, multipole) or dynamic aberration correction is also possible.

Gemäß der Erfindung umfasst die elektronenoptische Abbildungseinrichtung eine erste Teleskopoptik, die zur Erzeugung eines ersten Realraum-Zwischen-bildes (erstes Gauß'sches Zwischenbild) des Ensembles der Teilchen mit einer räumlich festen Lage eingerichtet ist, eine variable und senkrecht zur optischen Achse justierbare erste Blende (Bildblende, Aperturblende), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messeinrichtung eingerichtet ist, und eine Retardierungsoptik, die zur Anpassung der Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung eingerichtet ist.According to the invention, the electron-optical imaging device comprises a first telescope optics, which is set up to produce a first real-space intermediate image (first Gaussian intermediate image) of the ensemble of particles with a spatially fixed position, a variable and adjustable perpendicular to the optical axis first aperture (Aperture, aperture stop), which is set up to define a field of view of the measuring device, and a retarding optics, which is adapted to adapt the beam energy of the particles to the potential of the drift device.

Mit der ersten Teleskopoptik wird vorteilhafterweise das erste Zwischenbild in einer raumfesten Ebene erzeugt, wobei durch die justierbare erste Blende eine Definition von Position und Größe des zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ermöglicht wird. Mit der justierbaren ersten Blende kann ferner zur Steigerung der Impulsauflösung die Größe des Quellvolumens auf der Probe in dem ersten Zwischenbild entlang der optischen Achse begrenzt und definiert werden.With the first telescope optics, the first intermediate image is advantageously produced in a spatially fixed plane, wherein a definition of the position and size of the sample region reaching the image is made possible by the adjustable first diaphragm. Furthermore, with the adjustable first aperture, to increase the pulse resolution, the size of the source volume on the sample in the first intermediate image along the optical axis can be limited and defined.

Vorteilhafterweise kann das Ensemble mit der Retardierungsoptik abgebremst und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung angepasst werden. Die Retardierungsoptik ist eingerichtet, die Einschussbedingungen in die Flugzeitstrecke in Energie und Winkeldivergenz anzupassen. Die Anpassung umfasst insbesondere eine Bereitstellung eines Impulszwischenbildes des Ensembles am Anfang der Drifteinrichtung und eine gemeinsame z-Komponenten-Impulsverschiebung aller Teilchen für eine Anpassung an das Potential in der Drifteinrichtung.Advantageously, the ensemble can be braked with the retarding optics and adjusted with respect to its image magnification and pulse image scaling to the drift device. The retarding optics is set up to adjust the entry conditions into the flight time path into energy and angular divergence. The adaptation comprises, in particular, provision of an intermediate pulse image of the ensemble at the beginning of the drift device and a common z-component pulse shift of all particles for adaptation to the potential in the drift device.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine zweite Teleskopoptik vorgesehen, mit der ein teleskopischer Strahlengang von der Drifteinrichtung zur Detektoreinrichtung bereitgestellt wird. Die zweite Teleskopoptik ermöglicht vorteilhafterweise eine Fokussierung eines weiteren Impulszwischenbildes des Ensembles auf die Detektoreinrichtung, so dass die zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles verbessert werden kann.According to a further preferred embodiment of the invention, a second telescope optics is provided, with which a telescopic beam path is provided by the drift device to the detector device. The second telescope optics advantageously makes it possible to focus a further intermediate impulse image of the ensemble on the detector device, so that the time-resolved recording of the impulse image of the ensemble can be improved.

Vorzugsweise weist die Objektivlinseneinrichtung eine Extraktorelektrode auf, die zur Erzeugung eines Extraktorfeldes relativ zu der Probe angeordnet ist und entlang der optischen Achse eine Dicke von mindestens dem halben Durchmesser der Elektrodenapertur (Bohrungsdurchmesser) besitzt, wobei innerhalb der Extraktorelektrode entlang der optischen Achse ein Abschnitt mit einer im Vergleich zum Extraktorfeld verringerten Feldstärke gebildet ist. Vorteilhafterweise wird mit der genannten Dicke der Extraktorelektrode erreicht, dass ein unerwünschter Felddurchgriff von den strahlabwärts folgenden Elektroden vermieden wird und die Teilchen im Extraktorfeld die gewünschte Beschleunigungsenergie, z. B. 20 keV, zur A-berrationsminimierung und zur Minimierung der Bildfeldkrümmung erreichen.Preferably, the objective lens device comprises an extractor electrode arranged to generate an extractor field relative to the sample and along the optical axis has a thickness of at least half the diameter of the electrode aperture (bore diameter), wherein within the extractor along the optical axis a portion having a In comparison to the extractor field reduced field strength is formed. Advantageously, with the said thickness of the extractor electrode is achieved that an undesirable field penetration of the downstream electrodes is avoided and the particles in the extractor field, the desired acceleration energy, for. B. 20 keV, for A-minimization minimization and to minimize the field curvature reach.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Extraktorelektrode mehrere Extraktorelektroden-Segmente, die um die optische Achse in azimutaler Richtung verteilt angeordnet sind. Die Extraktorelektroden-Segmente bieten die Möglichkeit, ein nicht-rotationssymmetrisches Extraktorfeld zu erzeugen und eine Strahlkorrektur zu erzeugen. Die Strahlkorrektur ist insbesondere von Vorteil, wenn die optische Achse nicht senkrecht zu der Oberfläche der untersuchten Probe ausgerichtet, sondern die Oberfläche relativ zur optischen Achse verkippt ist. Wenn ein Manipulator zur Probenverkippung fehlt oder nur einen beschränkten Arbeitsbereich hat, können die Extraktorelektroden-Segmente mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt werden, um die Strahlkorrektur zu erzielen. Die Qualität der Strahlkorrektur wächst mit der Zahl der Extraktorelektroden-Segmente. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Extraktorelektrode mindestens vier, insbesondere mindestens acht Extraktorelektroden-Segmente umfasst.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the extractor electrode comprises a plurality of extractor electrode segments, which are distributed around the optical axis in the azimuthal direction. The extractor electrode segments provide the ability to create a non-rotationally symmetric extractor field and to generate a beam correction. The beam correction is particularly advantageous if the optical axis is not aligned perpendicular to the surface of the examined sample, but the surface is tilted relative to the optical axis. If a manipulator is missing for sample tilting or has only a limited operating range, different voltages can be applied to the extractor electrode segments to achieve the beam correction. The quality of the beam correction increases with the number of extractor electrode segments. In practice, it has proved to be advantageous if the extractor electrode comprises at least four, in particular at least eight extractor electrode segments.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Retardierungsoptik mindestens fünf, entlang der optischen Achse angeordnete Retardierungsoptik-Segmente, mit denen eingangs- und ausgangsseitige Brennweiten der Retardierungsoptik unabhängig voneinander einstellbar sind. Hierzu kann in Abhängigkeit von den Spannungen der Retardierungsoptik-Segmente der Ort der elektrostatischen Linsenwirkung innerhalb der Retardierungsoptik verschoben werden. Vorteilhafterweise ermöglichen die Retardierungsoptik-Segmente die Anpassung der Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung unabhängig von dem Potential der strahlaufwärts vorgeschalteten Elektroden.According to a further embodiment of the invention, the retarding optics comprises at least five retarding optical segments arranged along the optical axis, with which input and output focal lengths of the retarding optics can be set independently of one another. For this purpose, depending on the voltages of the retarding optical segments, the location of the electrostatic lens effect within the Retardation optics are moved. Advantageously, the retarding optics segments allow the beam energy of the particles to be adapted to the potential of the drift device independently of the potential of the upstream upstream electrodes.

Vorteilhafterweise bietet die Erfindung die Möglichkeit, eine spinabhängige Abbildung des Ensembles der geladenen Teilchen durchzuführen. Die Messvorrichtung kann gemäß einer Variante der Erfindung mit einer verstellbaren Spinfiltereinrichtung ausgestattet sein. Die Spinfiltereinrichtung ist vorzugsweise unmittelbar vor der niederenergetischen Driftstrecke angeordnet. Durch die Spinfilterung kann zusätzlich zu den Impulskomponenten der Teilchen eine Komponente des Spinpolarisationsvektors bestimmt werden. Dabei ist von besonderem Vorteil, dass durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung gleichzeitig der Wert der energieabhängigen Asymmetriefunktion S(E) der Teilchen genau bekannt ist, was die Datenauswertung erheblich erleichtert. Der Gewinn an Messeffizienz ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der Spinfiltereinrichtung besonders groß, da bei herkömmlichen Techniken typischerweise ein einkanaliger Spindetektor verwendet wird. Demgegenüber wurde bereits nachgewiesen, dass mit einem abbildenden Spinfilter 3800 Punkte einer lateralen Elektronenverteilung gleichzeitig darstellbar sind, siehe z. B. C. Tusche et al. in „Appl. Phys. Lett.“ Bd. 99, 2011, S. 032505 .Advantageously, the invention offers the possibility of carrying out a spin-dependent imaging of the ensemble of the charged particles. The measuring device may be equipped according to a variant of the invention with an adjustable Spinfiltereinrichtung. The spin filter device is preferably arranged immediately before the low-energy drift path. By spin filtering, in addition to the momentum components of the particles, a component of the spin polarization vector can be determined. It is of particular advantage that the value of the energy-dependent asymmetry function S (E) of the particles is exactly known at the same time by the time of flight in the drift device, which considerably facilitates the data evaluation. The gain in measurement efficiency is particularly high in the inventive method with the spin filter device, since conventional techniques typically use a single-channel spin detector. In contrast, it has already been demonstrated that with an imaging spin filter 3800 Points of a lateral electron distribution can be displayed simultaneously, see, for example, FIG. BC Ink et al. in "Appl. Phys. Lett. "Vol. 99, 2011, p. 032505 ,

Vorzugsweise ist die Spinfiltereinrichtung für eine Spinfilterung konfiguriert, wie in DE 10 2005 045 622 B4 beschrieben ist. Daher umfasst die Spinfiltereinrichtung gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung einen Spinfilterkristall, der relativ zur optischen Achse der Messvorrichtung drehbar ist. Vorzugsweise ist der Spinfilterkristall zwischen der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung und der Drifteinrichtung, besonders bevorzugt unmittelbar vor der Drifteinrichtung, angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die Spinfiltereinrichtung vorzugsweise so angeordnet, dass sich eine reelle oder reziproke Bildebene der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung auf dem Spinfilterkristall der Spinfiltereinrichtung befindet.Preferably, the spin filter device is configured for spin filtering as in DE 10 2005 045 622 B4 is described. Therefore, according to a preferred variant of the invention, the spin filter device comprises a spin filter crystal, which is rotatable relative to the optical axis of the measuring device. The spin filter crystal is preferably arranged between the electron-optical imaging device and the drift device, particularly preferably immediately in front of the drift device. Alternatively or additionally, the spin filter device is preferably arranged such that there is a real or reciprocal image plane of the electron-optical imaging device on the spin filter crystal of the spin filter device.

Besonders bevorzugt ist die Drehbarkeit um mindestens einen von drei Freiheitsgraden vorgesehen, die eine Drehung zur Einstellung eines Polarwinkels θ relativ zur strahlaufwärts gelegenen optischen Achse (Einfallswinkel auf dem Spinfilterkristall), eine Drehung um einen Azimutalwinkel Φ um die Oberflächennormale des Spinfilterkristalls und eine Drehung um einen Kristallorientierungswinkel α der Orientierung um die strahlaufwärts gelegene optische Achse umfassen. Der Polarwinkel θ kann insbesondere 45° betragen, so dass sich eine 90°-Reflexion am Spinfilterkristall ergibt.Particularly preferably, the rotatability is provided by at least one of three degrees of freedom, which is a rotation for setting a polar angle θ relative to the upstream optical axis (angle of incidence on the spin filter crystal), a rotation about an azimuthal angle Φ around the surface normal of the spin filter crystal and a rotation about a crystal orientation angle α the orientation about the optical axis located upstream. The polar angle θ may in particular be 45 °, so that there is a 90 ° reflection on the spin filter crystal.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zwischen der Spinfiltereinrichtung und der Drifteinrichtung eine Anpassungs-Linsengruppe derart angeordnet sein, dass die Streuenergie der Spinfiltereinrichtung und die kinetische Energie der Teilchen in der Drifteinrichtung unabhängig voneinander einstellbar sind.According to a further embodiment of the invention, an adaptation lens group may be arranged between the spin filter device and the drift device such that the scattering energy of the spin filter device and the kinetic energy of the particles in the drift device are independently adjustable.

Wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung in der Drifteinrichtung eine zweite Blende angeordnet ist, können diffus gestreute Teilchen vorteilhafterweise aufgefangen werden. Die zweite Blende ist z. B. eine Bildblende am Ort eines Zwischenbildes in der Driftstrecke, die der Eliminierung von Sekundärelektronen dient, falls diese beim Beugungsprozess im Spinfilterkristall entstehen und zu einem inelastischen Untergrund in den Beugungsbildern führen können.If, according to a further advantageous variant of the invention, a second diaphragm is arranged in the drift device, diffusely scattered particles can advantageously be collected. The second aperture is z. As an image aperture at the location of an intermediate image in the drift path, which serves the elimination of secondary electrons, if they arise during the diffraction process in the spin filter crystal and can lead to an inelastic background in the diffraction patterns.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Messvorrichtung eine Choppereinrichtung, mit der ein Ensemble der geladenen Teilchen entsprechend einer vorbestimmten Zeitstruktur (Zeitfunktion des Teilchenstroms) modulierbar ist, um die zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes auch im Falle eines zeitlich kontinuierlichen Ensembles zu ermöglichen. Mit der Choppereinrichtung werden Teile des kontinuierlichen Teilchenstrahls vor Eintritt in die Driftstrecke so ausgeblendet, dass eine Messung der Flugzeit der passierenden Teilchen möglich ist. Die Choppereinrichtung ermöglicht vorteilhafterweise die Anwendung der Erfindung selbst bei der Erzeugung eines kontinuierlichen Ensembles geladener Teilchen, z. B. wenn die geladenen Teilchen aufgrund eines Prozesses ohne Zeitstruktur von der Probe emittiert werden und insbesondere die Quelle zur Anregung der von der Probe ausgehenden geladenen Teilchen keine inhärente Zeitstruktur aufweist. Die Choppereinrichtung und die Detektoreinrichtung werden synchronisiert, um die zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles der geladenen Teilchen in Abhängigkeit von der mit der Choppereinrichtung eingeführten Zeitstruktur bereitzustellen.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the measuring device comprises a chopper with which an ensemble of charged particles according to a predetermined time structure (time function of the particle stream) is modulated to allow the time-resolved recording of the pulse image even in the case of a temporally continuous Ensembles. With the chopper means parts of the continuous particle beam are so hidden before entering the drift path that a measurement of the time of flight of the passing particles is possible. The chopper device advantageously enables the application of the invention even in the generation of a continuous ensemble of charged particles, e.g. For example, when the charged particles are emitted from the sample due to a non-time-domain process and, in particular, the source for exciting the charged particles emanating from the sample does not have an inherent time structure. The chopper means and the detector means are synchronized to provide the time-resolved recording of the impulse image of the charged particle ensemble in dependence upon the time structure introduced with the chopper means.

Vorzugsweise umfasst die Choppereinrichtung eine Aperturblende und eine Ablenkoptik, die in der Retardierungsoptik oder zwischen der Retardierungsoptik und der Drifteinrichtung angeordnet sind. Die Ablenkoptik ist für eine hochfrequente Anregung eines elektrischen Ablenkfeldes eingerichtet, mit dem z. B. ein kontinuierliches Ensemble geladener Teilchen entsprechend der vorbestimmten Zeitstruktur modulierbar ist. Vorteilhafterweise sind verschiedene Varianten von Ablenkoptiken möglich, die z. B. eine Multipolanordnung, und/oder zwei antisymmetrische Ablenker und Linsengruppen auf beiden Seiten der Aperturblende umfassen, und/oder in die Retardierungsoptik der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung integriert oder an deren Ausgang angeordnet sind. Insbesondere die Multipolanordnung kann Vorteile bei der Reduzierung von Abbildungsfehlern haben. Die Aperturblende ist vorzugsweise die o. g. zweite Blende.Preferably, the chopper means comprises an aperture stop and a deflection optics arranged in the retarding optics or between the retarding optics and the drift means. The deflection optics is set up for a high-frequency excitation of an electric deflection field, with the z. B. is a continuous ensemble of charged particles according to the predetermined time structure modulated. Advantageously, various variants of deflection optics are possible, the z. B. a multipole arrangement, and / or comprise two antisymmetric deflectors and lens groups on both sides of the aperture stop, and / or integrated into the retarding optics of the electron-optical imaging device or at the output are arranged. In particular, the multipole arrangement can have advantages in reducing aberrations. The aperture diaphragm is preferably the above-mentioned second diaphragm.

Im Folgenden sind weitere Vorteile der Erfindung zusammengefasst. Es wird ein Verfahren zur verlustfreien Darstellung der vollen Impulsverteilung eines Teilchenensembles, insbesondere Elektronenensembles, auf einem ortsauflösenden (displayartigen) 2D-Detektor geschaffen, bei dem die x- und y-Komponenten des Impulsvektors eines nachgewiesenen Teilchens durch die Koordinate seines Auftreffpunktes auf dem Detektor und die z-Komponente durch seine Flugzeit in einer niederenergetischen Driftstrecke im elektronenoptischen Linsensystem gemessen wird. Es wird insbesondere ermöglicht, die Energie des Teilchens durch seine Flugzeit in der niederenergetischen Driftstrecke zu messen. Der Teilchenstrahl kann über mehrere Stufen abgebremst und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung angepasst werden. Zur Steigerung der Impulsauflösung kann die Größe des Quellvolumens auf der untersuchten Probe durch die variable und lateral justierbare erste Blende in einem Gauß'sehen Bild in der elektronenoptischen Säule begrenzt und definiert werden.In the following, further advantages of the invention are summarized. A method is provided for loss-free representation of the full impulse distribution of a particle ensemble, in particular electron ensembles, on a 2D (display-like) 2D detector in which the x and y components of the impulse vector of a detected particle are determined by the coordinate of its impingement point on the detector and the z-component is measured by its time of flight in a low-energy drift path in the electron-optical lens system. In particular, it is possible to measure the energy of the particle by its time of flight in the low-energy drift path. The particle beam can be braked over several stages and adjusted in terms of its image magnification and pulse image scaling. To increase the pulse resolution, the size of the swelling volume on the examined sample can be limited and defined by the variable and laterally adjustable first aperture in a Gaussian image in the electron-optical column.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
  • 2: schematische Querschnittsansichten verschiedener Varianten einer Objektivlinseneinrichtung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
  • 3 und 4: schematische Querschnittsansichten weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einer Spinfilterung;
  • 5 bis 8: weitere Varianten der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einer Spinfilterung;
  • 9: schematische Querschnittsansicht weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einer Choppereinrichtung; und
  • 10: eine schematische Illustration eines herkömmlichen abbildenden Spektrometers.
Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic cross-sectional view of a first embodiment of the measuring device according to the invention;
  • 2 : schematic cross-sectional views of different variants of an objective lens device of the measuring device according to the invention;
  • 3 and 4 : schematic cross-sectional views of further embodiments of the measuring device according to the invention with a spin filtering;
  • 5 to 8th : further variants of the measuring device according to the invention with a spin filtering;
  • 9 : schematic cross-sectional view of further embodiments of the measuring device according to the invention with a chopper device; and
  • 10 : A schematic illustration of a conventional imaging spectrometer.

Bei der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird beispielhaft auf eine Messvorrichtung zur Detektion von Elektronen Bezug genommen, die von einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe emittiert werden. Es wird betont, dass die Umsetzung der Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, sondern auch bei der Messung anderer geladener Teilchen möglich ist. Es werden die Teile der Messvorrichtung und Schritte des Verfahrens insbesondere in Bezug auf die Messung der Impulskomponenten der geladenen Teilchen beschrieben. Die Messvorrichtung, insbesondere die Elektroden und die mit diesen erzeugten Felder, können vom Fachmann unter Verwendung an sich bekannter Simulations- und Designtechniken, z. B. aus der Elektronenmikroskopie, gestaltet werden, um die Funktion der erfindungsgemäßen Messvorrichtung bereitzustellen.In the following description of preferred embodiments of the invention, reference will be made, by way of example, to a measuring device for the detection of electrons emitted from a surface of a sample to be examined. It is emphasized that the implementation of the invention is not limited to this example, but is also possible in the measurement of other charged particles. The parts of the measuring device and steps of the method, in particular with regard to the measurement of the pulse components of the charged particles, will be described. The measuring device, in particular the electrodes and the fields generated therewith, can be determined by the person skilled in the art using simulation and design techniques which are known per se, eg. B. from electron microscopy, designed to provide the function of the measuring device according to the invention.

1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 100 in Gestalt eines Flugzeit-ImpulsMikroskops auf der Basis einer linearen elektronenoptischen Säule mit mehreren Linsengruppen und einer niederenergetischen Driftstrecke vor dem Bilddetektor. Bei dieser Ausführungsform der Messvorrichtung 100 ist kein Spinfilter vorgesehen. 1 shows a first embodiment of the measuring device according to the invention 100 in the form of a time-of-flight impulse microscope based on a linear electron-optical column with a plurality of lens groups and a low-energy drift path in front of the image detector. In this embodiment of the measuring device 100 no spin filter is provided.

Die Messvorrichtung 100 umfasst eine elektronenoptische Abbildungseinrichtung 10 mit einer optischen Achse OA, die sich in z-Richtung erstreckt. Die elektronenoptische Abbildungseinrichtung 10 umfasst eine Objektivlinseneinrichtung 11, eine erste Teleskopoptik 12, eine variable erste Blende 13 mit einer senkrecht zur optischen Achse OA justierbaren Blendenöffnung, und eine Retardierungsoptik 14 mit mehreren, entlang der optischen Achse OA angeordneten Retardierungsoptik-Segmenten 141. Die Objektivlinseneinrichtung 11 ist mit drei Elektroden aufgebaut, die eine Extraktorelektrode 111, eine Fokuselektrode 112 und eine elektronenoptische Säule 113 umfassen. Weitere Einzelheiten der Objektivlinseneinrichtung 11 werden unten mit Bezug auf 2 beschrieben.The measuring device 100 comprises an electron-optical imaging device 10 with an optical axis OA which extends in the z-direction. The electron-optical imaging device 10 includes an objective lens device 11 , a first telescope optics 12 , a variable first aperture 13 with a perpendicular to the optical axis OA adjustable aperture, and a retarding optics 14 with several, along the optical axis OA arranged Retardierungsoptik segments 141 , The objective lens device 11 is constructed with three electrodes, which is an extractor electrode 111 , a focus electrode 112 and an electron optical column 113 include. Further details of the objective lens device 11 be down with respect to 2 described.

Des Weiteren umfasst die Messvorrichtung 100 eine Drifteinrichtung 20 mit einer Driftstrecke 21 entlang der optischen Achse OA. Die Länge der Driftstrecke 21 beträgt z. B. 80 cm. Die Drifteinrichtung 20 kann einen Abschnitt der optischen Achse OA umfassen, der durch keine Elektrode begrenzt wird, oder sie kann die Gestalt einer hohlzylinderförmigen Elektrode aufweisen, in deren feldfreiem Innenraum die Driftstrecke 21 gebildet ist. Die Drifteinrichtung 20 arbeitet als Energieanalysator, da sie von geladenen Teilchen mit einer energieabhängigen Flugzeit durchlaufen wird, ohne die Teilchenposition in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse OA zu verändern, und daher eine energieaufgelöste Abbildung der Teilchen strahlabwärts von der Driftstrecke 21 ermöglicht. Furthermore, the measuring device comprises 100 a drift device 20 with a drift path 21 along the optical axis OA , The length of the drift path 21 is z. B. 80 cm. The drift device 20 can be a section of the optical axis OA include, which is not limited by any electrode, or it may have the shape of a hollow cylindrical electrode, in its field-free interior, the drift path 21 is formed. The drift device 20 works as an energy analyzer because it is traversed by charged particles with an energy-dependent time of flight, without the particle position in a plane perpendicular to the optical axis OA and therefore an energy resolved image of the particles downstream of the drift path 21 allows.

Zur zeitaufgelösten Aufnahme eines Impulsbildes eines Ensembles 1 (in 1 gepunktet markiert) geladener Teilchen weist die Messvorrichtung 100 eine in der optischen Achse A angeordnete zweite Teleskopoptik 50 und eine Detektoreinrichtung 30 auf. Die Detektoreinrichtung 30, die z. B. einen Multichannelplate-Detektor oder einen Halbleiter-Bilddetektor umfasst, ist für eine Bildaufnahme mit einer charakteristischen Zeitauflösung von z. B. 150 ps eingerichtet, siehe A. Oelsner et al. in „Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena“ Bd. 137-140, 2004, S. 757-761 .For the time-resolved recording of a pulse image of an ensemble 1 (in 1 dotted marked) of charged particles, the measuring device 100 one arranged in the optical axis A second telescope optics 50 and a detector device 30 on. The detector device 30 that z. B. comprises a multi-channel plate detector or a semiconductor image detector is for an image recording with a characteristic time resolution of z. B. 150 ps, see A. Oelsner et al. in "Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena" Vol. 137-140, 2004, pp. 757-761 ,

Bei einem Verfahren zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles 1 von Photoelektronen aus einer untersuchten Probe 2 werden die aus der Probe 2 ausgelösten Photoelektronen in einem mit der Extraktorelektrode 111 erzeugten Extraktorfeld auf eine Energie von z. B. 20 keV beschleunigt. Die Dicke der Extraktorelektrode 111 entlang der optischen Achse OA beträgt z. B. 2 mm, während der Bohrungsdurchmesser in der Extraktorelektrode 111 z. B. 4 mm beträgt. Anschließend werden die Photoelektronen durch die Fokuselektrode 112 so in die elektronenoptische Säule 113 abgebildet, dass sich in einer ersten reziproken Ebene 3 ein hochaufgelöstes Bild der lateralen Impulsverteilung der ausgelösten Photoelektronen (erstes Impulsbild) ergibt. Im Impulsbild repräsentieren Koordinaten der Teilchen in radialer Richtung (siehe Pfeil r) die x- und y- Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen. Die Lage der reziproken Ebene 3 (Beugungsebene) ist achromatisch, d. h. die erste reziproke Ebene 3 verschiebt sich bei Variation der Elektronenenergie räumlich nicht. Mit der ersten Teleskopoptik 12 wird in einer ersten Zwischenbildebene 4 ein Gauß'sches Bild erzeugt, dessen Größe und Position durch Variation der ersten Blende 13 (Bildfeldblende) ausgewählt werden kann. Im Inneren der Retardierungsoptik 14 befindet sich ein zweites Impulsbild 5. Mit der Retardierungsoptik 14 wird ein zweites Zwischenbild in einer zweiten Zwischenbildebene 22 am Beginn der Driftstrecke 21 der Drifteinrichtung 20 erzeugt und die Energie des Strahls auf die gewünschte Driftenergie angepasst.In a method for detecting a pulse distribution of an ensemble 1 of photoelectrons from an examined sample 2 will be out of the sample 2 triggered photoelectrons in one with the extractor electrode 111 generated extractor field to an energy of z. B. 20 keV accelerates. The thickness of the extractor electrode 111 along the optical axis OA is z. B. 2 mm, while the bore diameter in the extractor electrode 111 z , B. 4 mm. Subsequently, the photoelectrons are passed through the focus electrode 112 so in the electron optical column 113 imaged that in a first reciprocal plane 3 gives a high-resolution image of the lateral momentum distribution of the triggered photoelectrons (first pulse image). Coordinates of the particles in the radial direction (see arrow r ) the x and y components of the momentum vectors of the particles. The location of the reciprocal level 3 (Diffraction plane) is achromatic, ie the first reciprocal plane 3 spatially does not shift with variation of the electron energy. With the first telescope optics 12 is in a first intermediate image plane 4 produces a Gaussian image, its size and position by varying the first aperture 13 (Field of view) can be selected. Inside the retarding optics 14 there is a second pulse image 5 , With the retarding optics 14 becomes a second intermediate image in a second intermediate image plane 22 at the beginning of the drift route 21 the drift device 20 generates and adjusts the energy of the beam to the desired drift energy.

In der Driftstrecke 21 der Drifteinrichtung 20 wird der Elektronenstrahl bezüglich seiner kinetischen Energie dispergiert, so dass am Ende der Driftstrecke 21 eine Flugzeitverteilung der Elektronen gemäß der kinetischen Energien gebildet ist. Mit der zweiten Teleskopoptik 50 wird ein teleskopischer Strahlengang erzeugt, so dass ein drittes Impulsbild (Bild der Impulsverteilung) auf die Detektoreinrichtung 30 fokussiert wird. Mit der Detektoreinrichtung 30 wird das Impulsbild des Ensembles 1 der Photoelektronen zeitaufgelöst aufgenommen, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur optischen Achse OA durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung 20 erfasst werden.In the drift track 21 the drift device 20 the electron beam is dispersed with respect to its kinetic energy, so that at the end of the drift path 21 a time-of-flight distribution of the electrons is formed according to the kinetic energies. With the second telescope optics 50 a telescopic beam path is generated, so that a third pulse image (image of the pulse distribution) on the detector device 30 is focused. With the detector device 30 becomes the impulse image of the ensemble 1 the photoelectrons are recorded in a time-resolved manner, the z-components of the momentum vectors of the particles being parallel to the optical axis OA by the time of flight in the drift facility 20 be recorded.

Die 2A bis 2D zeigen schematische Skizzen mehrerer Varianten von Objektivlinseneinrichtungen 11 auf der Basis von planaren Elektroden (2A), konisch geformten Elektroden (2B) oder hinterdrehten Elektroden zur Erhöhung der Feldstärke und Reduktion der Brennweite (2C). In allen Fällen nimmt der Durchmesser der drei Elektroden 111 bis 113 strahlabwärts schrittweise zu. Die Variante gemäß 2B hat Vorteile bei einer Messgeometrie, bei der ein Anregungsstrahl 7 schräg auf die Oberfläche der Probe 2 einfällt. Bei der Variante gemäß 2C ist die Extraktorelektrode 111 so hinterdreht, dass sich im Bereich hinter der Extraktorelektrode 111 eine möglichst hohe Feldstärke ergibt. Dies hat vorteilhafterweise eine Steigerung der Impulsauflösung zur Folge. Die Gestaltung von Elektronenlinsen mit minimierten Aberrationen wird z. B. von M. Szilagyi et al. in „Appl. Phys. Lett.“ Bd. 49, No. 13, 1986, S. 767 ; M. Szilagyi et al. „J. Vac. Sci. Technol.“ Bd. A 5 (2), 1987, S. 273 ; oder M. Szilagyi et al. in „J. Vac. Sci. Technol.“ Bd. B 6 (3), 1988, S. 953 beschrieben.The 2A to 2D show schematic sketches of several variants of Objektivlinseneinrichtungen 11 based on planar electrodes ( 2A) , conically shaped electrodes ( 2 B) or back-turned electrodes to increase the field strength and reduce the focal length ( 2C) , In all cases, the diameter of the three electrodes decreases 111 to 113 down the beam gradually. The variant according to 2 B has advantages in a measuring geometry, in which an excitation beam 7 obliquely on the surface of the sample 2 incident. In the variant according to 2C is the extractor electrode 111 so back-turned that in the area behind the extractor electrode 111 gives the highest possible field strength. This advantageously results in an increase in the pulse resolution. The design of electron lenses with minimized aberrations is z. B. from M. Szilagyi et al. in "Appl. Phys. Lett. "Vol. 49, no. 13, 1986, p. 767 ; M. Szilagyi et al. "J. Vac. Sci. Technol. "Vol. A 5 (2), 1987, p. 273 ; or M. Szilagyi et al. in "J. Vac. Sci. Technol. "Vol. B 6 (3), 1988, p. 953 described.

2D illustriert in schematischer Draufsicht entlang der optischen Achse eine Objektivlinseneinrichtung 11 gemäß einem axial-symmetrischen Typ, z. B. aus den 2A bis 2C, wobei eine oder mehrere der Elektroden 111 bis 113, insbesondere die Extraktorelektrode 111, durch eine nicht-rotationssymmetrische Multipol-Anordnung ersetzt sind. In der Variante gemäß 2D sind somit anstelle von Rundlinsen Multipolelemente, die mit variablen Potenzialen u1 bis uN beaufschlagt werden, in die Objektivlinseneinrichtung 11 integriert. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Korrektur der Strahllage bereits in der Objektivlinseneinrichtung 11. Dies ist vorteilhaft, um Abbildungsfehler zu reduzieren, die durch eine Fehljustage der reziproken Ebene 3 des ersten Impulsbildes (siehe 1), welches nicht durch eine Aperturblende begrenzt wird, in den darauf folgenden Linsengruppen hervorgerufen werden könnten. 2D 11 illustrates, in a schematic plan view along the optical axis, an objective lens device 11 according to an axially symmetric type, e.g. B. from the 2A to 2C wherein one or more of the electrodes 111 to 113 , in particular the extractor electrode 111 , are replaced by a non-rotationally symmetric multipole arrangement. In the variant according to 2D Thus, instead of round lenses multipole elements with variable potentials u 1 to u n be applied to the objective lens device 11 integrated. This embodiment enables a correction of the beam position already in the objective lens device 11 , This is advantageous to reduce aberrations caused by misalignment of the reciprocal plane 3 of the first pulse image (see 1 ), which is not limited by an aperture stop, could be caused in the subsequent lens groups.

Die 3 und 4 zeigen schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 100 zur Flugzeit-Impulsmikroskopie mit einer integrierten abbildenden Spinfiltereinrichtung 40. Die Messvorrichtung 100 ist mit den Komponenten 10, 20, 30 und 50 aufgebaut, wie oben unter Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wurde. Gemäß 3 enthält die Spinfiltereinrichtung 40 einen Spinfilterkristall 41, dessen Kristalloberfläche für eine spinabhängige Reflexion mit einer Ablenkung um 90° ausgerichtet ist, während 4 den allgemeinen Fall einer Streuung um einen frei wählbaren Polarwinkel θ zeigt. Bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen liegt auf oder in der Nähe des Spinfilterkristalls 41 ein Zwischenbild und auf der Detektoreinrichtung 30 ein Impulsbild (reziprokes Bild). Die Energie der Photoelektronen in der Driftstrecke 21 der Drifteinrichtung 20 ist identisch mit der Streuenergie am Spinfilterkristall 41.The 3 and 4 show schematic representations of the measuring device according to the invention 100 for time-of-flight pulse microscopy with an integrated imaging spin filter device 40 , The measuring device 100 is with the components 10 . 20 . 30 and 50 constructed as above with respect to the 1 and 2 has been described. According to 3 contains the spin filter device 40 a spin filter crystal 41 , whose crystal surface is oriented for a spin-dependent reflection with a deflection of 90 ° during 4 the general case of scattering around a freely selectable polar angle θ shows. In the in the 3 and 4 shown embodiments is on or in the vicinity of the spin filter crystal 41 an intermediate image and on the detector device 30 a pulse image (reciprocal image). The energy of the photoelectrons in the drift path 21 the drift device 20 is identical to the scattering energy at the spin filter crystal 41 ,

Die Spinfiltereinrichtung 40 umfasst den Spinfilterkristall 41 und eine Stelleinrichtung (nicht dargestellt), mit welcher der Spinfilterkristall 41 in Bezug auf alle drei Raumrichtungen drehbar und verschiebbar ist. Der Spinfilterkristall 41 ist in oder in der Nähe der Ebene des zweiten Zwischenbildes (siehe Bezugszeichen 22 in 1) positioniert und kann mit der Stelleinrichtung bezüglich Position und Winkelkoordinaten justiert werden. Wahlweise kann der Spinfilterkristall 41 mit der Stelleinrichtung aus dem Strahlengang herausgefahren werden, um ein nicht-spingefiltertes Bild in Geradeausrichtung (gemäß 1) durchzulassen. The spin filter device 40 includes the spin filter crystal 41 and an actuator (not shown) with which the spin filter crystal 41 is rotatable and displaceable with respect to all three spatial directions. The spinfilter crystal 41 is in or near the plane of the second intermediate image (see reference numeral 22 in 1 ) and can be adjusted with the actuator with respect to position and angle coordinates. Optionally, the spin filter crystal 41 be moved out of the beam path with the adjusting device to a non-spin filtered image in the straight direction (according to 1 ).

Die folgenden Drehungen des Spinfilterkristalls 41 sind einzeln oder in Kombination vorgesehen. Eine erste Drehung des Spinfilterkristalls 41 um eine von drei Raumachsen ist die Drehung zur Einstellung des Polarwinkels θ relativ zur optischen Achse OA der strahlaufwärts angeordneten Elektroden. Der Polarwinkel θ bezeichnet den Winkel zwischen der z-Richtung vor und der z'-Richtung nach dem Spinfilterkristall 41. Gemäß 3 beträgt der Polarwinkel θ 45 °, so dass die gezeigte 90°-Reflexion am Spinfilterkristall 41 resultiert.The following rotations of the spin filter crystal 41 are provided individually or in combination. A first spin of the spin filter crystal 41 around one of three spatial axes is the rotation for adjusting the polar angle θ relative to the optical axis OA the upstream electrodes. The polar angle θ denotes the angle between the z-direction before and the z'-direction after the spin filter crystal 41 , According to 3 is the polar angle θ 45 °, so that the 90 ° reflection shown at the spin filter crystal 41 results.

Des Weiteren ist eine Drehung um eine Oberflächennormale des Spinfilterkristalls 41 möglich. Diese Drehung bestimmt den Azimutalwinkel Φ. Bei Variation des Azimutalwinkels Φ wird die Streubedingung der Niederenergie-Elektronenbeugung so geändert, dass sich die Spinasymmetrie in großem Maße variieren lässt. Diese Abhängigkeiten von Intensität und Spinasymmetrie vom Azimutalwinkel Φ (auch Rotationsdiagramme genannt) werden z. B. von J. Kirscher and R. Feder in „Phys. Rev. Lett.“ Bd. 42, Nr. 15, 1979, S. 1008 , beschrieben.Furthermore, a rotation about a surface normal of the spin filter crystal 41 possible. This rotation determines the azimuthal angle Φ , With variation of the azimuthal angle Φ the scattering condition of the low energy electron diffraction is changed so that the spin asymmetry can be greatly varied. These dependencies of intensity and spin asymmetry on the azimuthal angle Φ (also called rotation diagrams) are z. B. from J. Kirscher and R. Feder in Phys. Rev. Lett., Vol. 42, No. 15, 1979, p. 1008 , described.

Eine weitere Drehung, die den Kristallorientierungswinkel α definiert, kann um die strahlaufwärts gelegene optische Achse OA (z-Richtung) erfolgen. Bei Variation des Kristallorientierungswinkels α lässt sich die Quantisierungsrichtung der Spinanalyse des Spinpolarisationsvektors P verändern. Der Spinpolarisationsvektor P steht immer senkrecht auf der Streuebene. Durch eine Änderung des Kristallorientierungswinkels α von 0° auf 90° lassen sich somit beide transversalen Spinpolarisationskomponenten des einfallenden Elektronenstrahls analysieren. Durch Änderung des Kristallorientierungswinkels α von 0° auf 180° (und analog von 90° auf 270°) lässt sich darüber hinaus die Spinasymmetrie umkehren. Auf diese Weise lassen sich vorteilhafterweise apparative Asymmetrien bei der spinabhängigen Beugung eliminieren.Another rotation, the crystal orientation angle α defined, can be around the upstream optical axis OA (z-direction). With variation of the crystal orientation angle α the quantization direction of the spin analysis of the spin polarization vector can be determined P change. The spin polarization vector P is always perpendicular to the spreading plane. By changing the crystal orientation angle α from 0 ° to 90 °, both transverse spin polarization components of the incident electron beam can be analyzed. By changing the crystal orientation angle α from 0 ° to 180 ° (and analogously from 90 ° to 270 °), the spinasymmetry can be reversed. In this way, it is advantageously possible to eliminate apparatus asymmetries in spin-dependent diffraction.

Die 5 und 6 zeigen weitere Varianten der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 100 zur Flugzeit-Impulsmikroskopie mit den Komponenten 10, 20, 30 und 50 und der integrierten abbildenden Spinfiltereinrichtung 40. Zusätzlich ist eine Anpassungs-Linsengruppe 60 zwischen der Spinfiltereinrichtung 40 und der Drifteinrichtung 20 angeordnet. Die Anpassungs-Linsengruppe 60 ermöglicht eine unabhängige Variation der Streuenergie am Spinfilterkristall 41 und der kinetischen Energie (Driftenergie) bei Eintritt in die niederenergetische Driftstrecke 21 der Drifteinrichtung 20. Die Anpassungs-Linsengruppe 60 bildet eine asymmetrische Einzellinse (Immersionslinse), die unmittelbar hinter dem Spinfilterkristall 41 in den Strahlengang eingefügt ist.The 5 and 6 show further variants of the measuring device according to the invention 100 for time of flight impulse microscopy with the components 10 . 20 . 30 and 50 and the integrated imaging spin filter device 40 , In addition, there is an adjustment lens group 60 between the spin filter device 40 and the drift device 20 arranged. The adjustment lens group 60 allows independent variation of the scattering energy at the spin filter crystal 41 and the kinetic energy (drift energy) when entering the low-energy drift path 21 the drift device 20 , The adjustment lens group 60 forms an asymmetrical single lens (immersion lens), which is immediately behind the spin filter crystal 41 is inserted in the beam path.

Wahlweise kann die Impulsverteilung (6) oder die Bildebene (5) in die Ebene des Spinfilterkristalls 41 gelegt werden. So ist in dem in 5 gezeigten Fall eine zweite reziproke Ebene 5 mit dem zweiten Impulsbild wie bei der Ausführungsform der 1 in der Retardierungsoptik 14 positioniert. Die Anpassungs-Linsengruppe 60 ist nur schwach erregt und dient der Anpassung der Strahlenergie der Teilchen von der Streuenergie auf die Driftenergie. Beide Energien liegen typischerweise im Bereich von 20 - 80 eV. In dem in 6 gezeigten Fall wurde das zweite Impulsbild aus dem Inneren der Retardierungsoptik 14 auf den Spinfilterkristall 41 verschoben. In diesem Fall ist die Anpassungs-Linsengruppe 60 stärker erregt, so dass hinter dieser die zweite Zwischenbildebene 22 mit dem zweiten Zwischenbild liegt.Optionally, the impulse distribution ( 6 ) or the image plane ( 5 ) in the plane of the spin filter crystal 41 be placed. So is in the in 5 Case shown a second reciprocal level 5 with the second pulse pattern as in the embodiment of 1 in the retarding optics 14 positioned. The adjustment lens group 60 is only weakly excited and serves to adapt the beam energy of the particles from the scattering energy to the drift energy. Both energies are typically in the range of 20-80 eV. In the in 6 In the case shown, the second pulse image emerged from the interior of the retarding optics 14 on the spin filter crystal 41 postponed. In this case, the adjustment lens group is 60 more excited, so that behind this the second intermediate image plane 22 lies with the second intermediate image.

Auf die Detektoreinrichtung 30 wird in beiden Fällen der 5 und 6 ein Impulsbild fokussiert. Eine zweite Blende 23 am Ort der zweiten Zwischenbildebene 22 dient der Eliminierung von Sekundärelektronen, welche beim Beugungsprozess im Spinfilterkristall 41 entstehen und zu einem inelastischen Untergrund in den Beugungsbildern führen können (aus Übersichtlichkeitsgründen sind die zweite Blende 23 und die zweite Zwischenbildebene 22 nebeneinander gezeigt).On the detector device 30 will in both cases the 5 and 6 focused on a pulse image. A second aperture 23 at the location of the second intermediate image plane 22 serves the elimination of secondary electrons, which in the diffraction process in the spin filter crystal 41 can arise and lead to an inelastic background in the diffraction patterns (for clarity, the second aperture 23 and the second intermediate image plane 22 shown next to each other).

Gemäß 6 ist zusätzlich beispielhaft illustriert, dass unmittelbar vor der Drifteinrichtung 20 eine elektronenoptische Choppereinrichtung 70 in den Strahlengang eingefügt sein kann. Da die zweite Blende 23 den Elektronenstrahl nur auf der optischen Achse passieren lässt, wird mit dieser Anordnung eine Zeitstruktur des abgebildeten Elektronenstrahls erzeugt. Die Funktion der Choppereinrichtung 70 wird unten unter Bezug auf die 9A bis 9D mit weiteren Einzelheiten beschrieben.According to 6 additionally illustrates by way of example that immediately before the drift device 20 an electron-optical chopper device 70 can be inserted in the beam path. Because the second aperture 23 allows the electron beam to pass only on the optical axis, a time structure of the imaged electron beam is generated with this arrangement. The function of the chopper device 70 will be below with reference to the 9A to 9D described in more detail.

Die 7 und 8 zeigen weitere Varianten der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 100 mit den Komponenten 10, 20, 30 und 40, wobei ein reelles Ortsbild auf dem Bilddetektor der Detektoreinrichtung 30 abgebildet wird. So zeigt 7 die Betriebsart, bei der auf dem Bilddetektor der Detektoreinrichtung 30 anstelle des Impulsbildes ein Realraumbild (Gauß'sches Bild) fokussiert wird. Diese Betriebsart ist vorteilhaft, um den analysierten Probenbereich im Realraum festzulegen. Für diese Betriebsart kann die erste Blende 13 geöffnet werden, so dass ein ausgedehntes Bildfeld zur Festlegung des zu analysierenden Bereiches abgebildet wird. Der gewünschte Bildbereich kann dann mittels der Lateraljustierung der Probe 2 in radialer Richtung (r-Richtung) zentriert werden und anschließend durch Hineinfahren einer kleinen ersten Blende 13 ausgewählt werden. Auf dem Spinfilterkristall 41 kann entweder ein Impulsbild (7) oder ein Zwischenbild liegen (8).The 7 and 8th show further variants of the measuring device according to the invention 100 with the components 10 . 20 . 30 and 40 , wherein a real image on the image detector of the detector device 30 is shown. So shows 7 the mode in which on the image detector of the detector device 30 instead of the impulse image, a real space image (Gaussian image) is focused. This mode of operation is advantageous for analyzing the analyzed sample area in the Set real space. For this mode, the first aperture 13 be opened so that an extended field of view for determining the area to be analyzed is displayed. The desired image area can then be adjusted by means of the lateral adjustment of the sample 2 in the radial direction ( r Direction) and then by retracting a small first aperture 13 to be selected. On the spinfilter crystal 41 can either be a pulse picture ( 7 ) or an intermediate image ( 8th ).

Alternativ lässt sich die Abbildung eines realen Bildes auf dem Bilddetektor der Detektoreinrichtung 30 durch eine geänderte Erregung der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung 10 und der Retardierungsoptik 14 erreichen, indem in die Ebene der ersten Blende 13 ein Impulsbild fokussiert wird.Alternatively, the image of a real image on the image detector of the detector device can be 30 by a changed excitation of the electron-optical imaging device 10 and the retarding optics 14 reach by putting in the plane of the first aperture 13 a pulse image is focused.

Bei der Erzeugung der geladenen Teilchen mit einer Anregungsquelle ohne Zeitstruktur wird ein kontinuierliches Ensemble der geladener Teilchen erzeugt. Auch in diesem Fall kann ein gepulster Betrieb erreicht werden, indem an einer geeigneten Position innerhalb der Messvorrichtung 100 eine Choppereinrichtung 70 mit einer Ablenkoptik (Zerhacker, elektrostatischer Chopper) eingefügt ist. In den 9A bis 9D sind Varianten der Erfindung illustriert, bei denen mit der Choppereinrichtung 70 ein Ensemble geladener Teilchen entsprechend einer vorbestimmten Zeitfunktion moduliert wird. Der Strom der geladenen Teilchen wird zeitabhängig moduliert. Die Verarbeitung des zeitaufgelösten Impulsbildes des Ensembles geladener Teilchen erfolgt unter Berücksichtigung der Zeitfunktion, so dass im Ergebnis die z-Komponenten der Impulse wie im Fall eines inhärent pulsförmigen Ensembles geladener Teilchen ermittelt werden können.In generating the charged particles with an excitation source with no time structure, a continuous ensemble of the charged particles is created. Also in this case, pulsed operation can be achieved by placing it in a suitable position within the measuring device 100 a chopper device 70 with a deflecting optics (chopper, electrostatic chopper) is inserted. In the 9A to 9D Variants of the invention are illustrated in which with the chopper 70 an ensemble of charged particles is modulated according to a predetermined time function. The current of the charged particles is modulated time-dependent. The processing of the time-resolved pulse image of the ensemble of charged particles takes place in consideration of the time function, so that as a result the z-components of the pulses can be determined as in the case of an inherently pulsed ensemble of charged particles.

Die Choppereinrichtung 70 umfasst z. B. zwei parallele Platten oder ein Multipolelement, welche von einem elektrischen Pulsgenerator oder von einer Hochfrequenz-Spannungsquelle (nicht dargestellt) angesteuert werden. Die Anregungsfrequenz der Choppereinrichtung 70 wird in Abhängigkeit vom gewünschten Zeitabstand der mit der Detektoreinrichtung 30 aufzunehmenden pulsförmigen Impulsbilder gewählt. Beispielsweise führt eine Frequenz von 10 MHz zu einem Abstand der einzelnen Pulse von 100 ns. Die Amplitude der Hochfrequenz und die Lochgröße der zweiten Blende 23 (siehe unten) können so aufeinander abgestimmt werden, dass sich Pulse von 1 ns Länge ergeben. Dies entspricht einem Tastverhältnis von 1:100, d. h. die Intensität wird im Vergleich zum Betrieb ohne Zeitstruktur um 2 Größenordnungen reduziert. Für gängige Laborquellen ohne Zeitstruktur, z. B. intensive Edelgasentladungslampen, ist dieser Verlust tolerierbar, da insgesamt die erfindungsgemäße Methode durch die parallele Winkel- und Energieerfassung einen Effizienzgewinn von 6 Größenordnungen ermöglicht.The chopper device 70 includes z. B. two parallel plates or a multipole element, which (not shown) are driven by an electric pulse generator or by a high-frequency power source. The excitation frequency of the chopper device 70 is dependent on the desired time interval with the detector device 30 to be picked up pulse-shaped pulse images. For example, a frequency of 10 MHz results in a distance of the individual pulses of 100 ns. The amplitude of the high frequency and the hole size of the second aperture 23 (see below) can be tuned to each other to give pulses of 1 ns in length. This corresponds to a pulse duty factor of 1: 100, ie the intensity is reduced by 2 orders of magnitude compared to operation without a time structure. For common laboratory sources without time structure, z. B. intensive noble gas discharge lamps, this loss is tolerable, since a total of the method of the invention by the parallel angle and energy detection enables an efficiency gain of 6 orders of magnitude.

Die Choppereinrichtung 70 kann wahlweise in der Nähe des Gauß'sehen Bildes am Anfang der Driftstrecke der Drifteinrichtung 20 (9A) oder in der Nähe der zweiten reziproken Bildebene im Inneren (9B) oder hinter der Retardierungsoptik 14 (9C) angeordnet sein. Zur Eliminierung von Aberrationen durch die Strahlablenkung durch die Choppereinrichtung 70 kann eine antisymmetrische Tandemanordnung mit zwei Choppern ausgenutzt werden (9D). Wenn die Choppereinrichtung 70 in die Retardierungsoptik 14 (9B) integriert ist, kann die Strahlablenkung durch die Choppereinrichtung 70 in der zweiten reziproken Ebene 5 des zweiten Impulsbildes erfolgen.The chopper device 70 Optionally, near the Gaussian image at the beginning of the drift path of the drift device 20 ( 9A) or near the second reciprocal image plane in the interior ( 9B) or behind the retarding optics 14 ( 9C) be arranged. For eliminating aberrations due to beam deflection by the chopper device 70 an antisymmetric tandem arrangement with two choppers can be exploited ( 9D) , If the chopper 70 in the retarding optics 14 ( 9B) integrated, the beam deflection through the chopper 70 in the second reciprocal level 5 take place the second pulse image.

Zur unabhängigen Wahl der Energie des Elektronenstrahls im Bereich der Choppereinrichtung 70 und in der niederenergetischen Driftstrecke 21 der Drifteinrichtung 20 lässt sich eine Adaptions-Linsengruppe 60 verwenden, wie in den 9C und 9D gezeigt ist. Gemäß 9C ist die Choppereinrichtung 70 am Ausgang der Retardierungsoptik 14 angeordnet, wobei zur Vermeidung von Abbildungsfehlern die zweite reziproke Ebene 5 so verschoben wird, dass sie am Ort der Choppereinrichtung 70 liegt und ein Gauß'sches Zwischenbild an der zweiten Blende 23 mit Hilfe der Adaptions-Linsengruppe 60 erzeugt wird.For independent choice of the energy of the electron beam in the area of the chopper device 70 and in the low-energy drift route 21 the drift device 20 can be an adaptation lens group 60 use, as in the 9C and 9D is shown. According to 9C is the chopper device 70 at the exit of the retarding optics 14 arranged to avoid aberrations, the second reciprocal level 5 is moved so that they are at the place of the chopper 70 lies and a Gaussian intermediate image at the second aperture 23 with the help of the adaptation lens group 60 is produced.

Bei Nutzung eines Signals mit z. B. 10 MHz Repetitionsrate und 1 ns Pulslänge lässt sich die Energie und Länge der Driftstrecke so anpassen, dass das Intervall von 100 ns zwischen den aufeinander folgenden Pulsen für die Flugzeitdispersion voll ausgenutzt wird. Durch Wahl einer Biasspannung an der Probe 2 und die Wahl der Betriebsspannungen der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung 10 und der Retardierungsoptik 14 lässt sich erreichen, dass Elektronen mit Energien unterhalb einer Mindestenergie effektiv unterdrückt werden. Dies ist vorteilhaft, wenn vermieden werden soll, dass besonders niederenergetische Elektronen mit Flugzeiten > 100 ns durch die Driftstrecke hindurchtreten können. Solche Elektronen würden zu einem Untergrund im Messsignal führen, da sie nicht mehr eindeutig mit der Zeitstruktur der Quelle korreliert werden können.When using a signal with z. B. 10 MHz repetition rate and 1 ns pulse length, the energy and length of the drift path can be adjusted so that the interval of 100 ns between the successive pulses for the time of flight dispersion is fully utilized. By selecting a bias voltage on the sample 2 and the choice of operating voltages of the electron optical imaging device 10 and the retarding optics 14 can be achieved that electrons are effectively suppressed with energies below a minimum energy. This is advantageous if it is to be avoided that particularly low-energy electrons with flight times> 100 ns can pass through the drift path. Such electrons would lead to a background in the measurement signal, since they can no longer be clearly correlated with the time structure of the source.

Bei der Tandemanordnung gemäß 9D umfasst die Choppereinrichtung 70 zwei antisymmetrische Ablenkoptiken 71, 72, die zur Reduzierung von Abbildungsfehlern mit Linsengruppen 73, 74 auf beiden Seiten der zweiten Blende 23 zusammenwirken, wobei in der Mitte beider Ablenkoptiken 71, 72 jeweils eine zweite und dritte reziproke Ebene 5, 6 liegt.In the tandem arrangement according to 9D includes the chopper device 70 two antisymmetric deflection optics 71 . 72 which help to reduce aberrations with lens groups 73 . 74 on both sides of the second aperture 23 interact, being in the middle of both deflection optics 71 . 72 each a second and third reciprocal level 5 . 6 lies.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, drawings and claims may be significant to the realization of the invention in its various forms both individually and in combination.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100, 100'100, 100 '
Messvorrichtungmeasuring device
11
Ensemble geladener TeilchenEnsemble of charged particles
22
Probesample
33
erste reziproke Ebenefirst reciprocal level
44
erste Zwischenbildebenefirst intermediate image plane
55
zweite reziproke Ebenesecond reciprocal level
66
dritte reziproke Ebenethird reciprocal level
77
Anregungsstrahlexcitation beam
10, 10'10, 10 '
elektronenoptische AbbildungseinrichtungElectron-optical imaging device
1111
ObjektivlinseneinrichtungObject lens means
111111
Extraktorelektrodeextractor
112112
Fokuselektrodefocus electrode
113113
elektronenoptische SäuleElectron-optical column
1212
erste Teleskopoptikfirst telescope optics
1313
erste Blendefirst aperture
1414
RetardierungsoptikRetardierungsoptik
141141
Retardierungsoptik-SegmentenRetardierungsoptik segments
20,20
Drifteinrichtungdrift facility
20'20 '
Energieanalysatorenergy analyzer
2121
Driftstreckedrift
2222
zweite Zwischenbildebenesecond intermediate image plane
2323
zweite Blendesecond aperture
30, 30'30, 30 '
Detektoreinrichtungdetector device
4040
SpinfiltereinrichtungSpin filter device
4141
SpinfilterkristallSpin filter crystal
5050
zweite Teleskopoptiksecond telescope optics
6060
Anpassungs-LinsengruppeMatching lens group
7070
Choppereinrichtungchopper equipment
71, 7271, 72
Ablenkoptikenscanning optics
73, 7473, 74
Linsengruppenlens groups
OA, OA'OA, OA '
optische Achsenoptical axes
θθ
Polarwinkelpolar angle
ΦΦ
Azimutalwinkelazimuthal
αα
KristallorientierungswinkelCrystal orientation angle
PP
SpinpolarisationsvektorSpin polarization vector
u1, u2 ... uN u 1 , u 2 ... u N
Potenziale der ElektrodenPotentials of the electrodes
r, r'r, r '
Radialkoordinatenradial coordinates
z, z'z, z '
AxialkoordinatenAxialkoordinaten

Claims (21)

Messvorrichtung (100), die zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles (1) geladener Teilchen eingerichtet ist, umfassend: - eine elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) mit einer elektronenoptischen Achse (OA), wobei die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) eine Objektivlinseneinrichtung (11) aufweist, die zur Erzeugung eines Impulsbildes (3) der x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) eingerichtet ist, - einen Energieanalysator, der zur energieaufgelösten Abbildung des Ensembles (1) eingerichtet ist, und - eine Detektoreinrichtung (30), die zur Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energieanalysator eine Drifteinrichtung (20) umfasst, die angeordnet ist, von den Teilchen des Ensembles (1) mit einer Flugzeit durchlaufen zu werden, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur elektronenoptischen Achse (OA) abhängt, - die Detektoreinrichtung (30) zur zeitaufgelösten Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung (20) erfassbar sind, und - die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) des Weiteren umfasst: - eine erste Teleskopoptik (12), die zur Erzeugung eines ersten Realraumzwischenbildes (4) des Ensembles (1) der Teilchen mit einer räumlich festen Lage eingerichtet ist, - eine variable und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbare erste Blende (13), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messvorrichtung (100) eingerichtet ist, wobei durch die justierbare erste Blende (13) eine Auswahl von Position und Größe eines zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ermöglicht wird, und - eine Retardierungsoptik (14), die zur Anpassung der Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung (20) eingerichtet ist, wobei die Retardierungsoptik (14) eingerichtet ist, das Ensemble der Teilchen (1) abzubremsen und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung (20) anzupassen und mindestens fünf, entlang der elektronenoptischen Achse (OA) angeordnete Retardierungsoptik-Segmente (141) aufweist, mit denen eingangs- und ausgangsseitige Brennweiten der Retardierungsoptik (14) unabhängig voneinander einstellbar sind.A measuring device (100) adapted to detect a pulse distribution of an ensemble (1) of charged particles, comprising: - an electron optical imaging device (10) having an electron optical axis (OA), the electron optical imaging device (10) comprising an objective lens device (11) which is arranged to generate a pulse image (3) of the x and y components of the momentum vectors of the particles perpendicular to the electron optical axis (OA), - an energy analyzer adapted for energy resolved imaging of the ensemble (1), and - a detector means (30) arranged to receive the impulse image of the ensemble (1), the x and y components of the impulse vectors of the particles being detectable by coordinates of the particles in the impulse image, characterized in that - the energy analyzer comprises a drift device (20) which is arranged to pass through the particles of the ensemble (1) with a time of flight are dependent on the z-component of the momentum vectors of the particles parallel to the electron optical axis (OA), - the detector means (30) for time-resolved recording of the pulse image of the ensemble (1) is set, wherein the z-components of the momentum vectors of the particles by the time of flight in the drift device (20) can be detected, and - the electron-optical imaging device (10) further comprises: - a first telescope optical system (12), which generates a first real space intermediate image (4) of the ensemble (1) of the particles spatially fixed position - a variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable first aperture (13) adapted to define a field of view of the measuring device (100), wherein by the adjustable first aperture (13) a selection of position and Size of a sample area reaching the image is made possible, and - a Retardierungsoptik (14), which is used to adjust the beams the retarding optics (14) is arranged to decelerate the ensemble of the particles (1) and adapt them to the drift device (20) with respect to its image magnification and pulse image scaling, and at least five, along the electron-optical axis (OA) arranged Retardierungsoptik segments (141), with which input and Output-side focal lengths of the retarding optics (14) are independently adjustable. Messvorrichtung (100), die zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles (1) geladener Teilchen eingerichtet ist, umfassend: - eine elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) mit einer elektronenoptischen Achse (OA), wobei die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) eine Objektivlinseneinrichtung (11) aufweist, die zur Erzeugung eines Impulsbildes (3) der x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) eingerichtet ist, - einen Energieanalysator, der zur energieaufgelösten Abbildung des Ensembles (1) eingerichtet ist, und - eine Detektoreinrichtung (30), die zur Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energieanalysator eine Drifteinrichtung (20) umfasst, die angeordnet ist, von den Teilchen des Ensembles (1) mit einer Flugzeit durchlaufen zu werden, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur elektronenoptischen Achse (OA) abhängt, - die Detektoreinrichtung (30) zur zeitaufgelösten Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung (20) erfassbar sind, - die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) des Weiteren umfasst: - eine erste Teleskopoptik (12), die zur Erzeugung eines ersten Realraumzwischenbildes (4) des Ensembles (1) der Teilchen mit einer räumlich festen Lage eingerichtet ist, - eine variable und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbare erste Blende (13), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messvorrichtung (100) eingerichtet ist, wobei durch die justierbare erste Blende (13) eine Auswahl von Position und Größe eines zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ermöglicht wird, und - eine Retardierungsoptik (14), die zur Anpassung der Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung (20) eingerichtet ist, wobei die Retardierungsoptik (14) eingerichtet ist, das Ensemble der Teilchen (1) abzubremsen und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung (20) anzupassen, und wobei - eine abbildende, verstellbare Spinfiltereinrichtung (40) vorgesehen ist, die zur spinabhängigen Abbildung des Ensembles (1) eingerichtet ist.A measuring device (100) adapted to detect a pulse distribution of an ensemble (1) of charged particles, comprising: - an electron optical imaging device (10) having an electron optical axis (OA), the electron optical imaging device (10) comprising an objective lens device (11) which is arranged to generate a pulse image (3) of the x and y components of the momentum vectors of the particles perpendicular to the electron optical axis (OA), - an energy analyzer adapted for energy resolved imaging of the ensemble (1), and - a detector means (30) arranged to receive the impulse image of the ensemble (1), the x and y components of the impulse vectors of the particles being detectable by coordinates of the particles in the impulse image, characterized in that - the energy analyzer comprises a drift device (20) which is arranged to pass through the particles of the ensemble (1) with a time of flight are dependent on the z-component of the momentum vectors of the particles parallel to the electron optical axis (OA), - the detector means (30) for time-resolved recording of the pulse image of the ensemble (1) is set, wherein the z-components of the momentum vectors of the particles by the time of flight in the drift device (20) can be detected, - the electron-optical imaging device (10) further comprises: - a first telescope optics (12) for generating a first real space intermediate image (4) of the ensemble (1) of the particles with a spatially fixed Position is set up, - a variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable first aperture (13), which is adapted to define a field of view of the measuring device (100), wherein the adjustable first aperture (13) a selection of position and size a sample region reaching the image is made possible, and - a retarding optics (14), which is used to adapt the beam energy e of the particles is set to the potential of the drift device (20), wherein the retarding optics (14) is arranged to decelerate the ensemble of the particles (1) and to adapt it to the drift device (20) with respect to its image magnification and pulse image scaling, and wherein an imaging, adjustable Spinfiltereinrichtung (40) is provided, which is arranged for spin-dependent imaging of the ensemble (1). Messvorrichtung (100), die zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles (1) geladener Teilchen eingerichtet ist, umfassend: - eine elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) mit einer elektronenoptischen Achse (OA), wobei die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) eine Objektivlinseneinrichtung (11) aufweist, die zur Erzeugung eines Impulsbildes (3) der x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) eingerichtet ist, - einen Energieanalysator, der zur energieaufgelösten Abbildung des Ensembles (1) eingerichtet ist, und - eine Detektoreinrichtung (30), die zur Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energieanalysator eine Drifteinrichtung (20) umfasst, die angeordnet ist, von den Teilchen des Ensembles (1) mit einer Flugzeit durchlaufen zu werden, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur elektronenoptischen Achse (OA) abhängt, - die Detektoreinrichtung (30) zur zeitaufgelösten Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) eingerichtet ist, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung (20) erfassbar sind, - die elektronenoptische Abbildungseinrichtung (10) des Weiteren umfasst: - eine erste Teleskopoptik (12), die zur Erzeugung eines ersten Realraumzwischenbildes (4) des Ensembles (1) der Teilchen mit einer räumlich festen Lage eingerichtet ist, - eine variable und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbare erste Blende (13), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messvorrichtung (100) eingerichtet ist, wobei durch die justierbare erste Blende (13) eine Auswahl von Position und Größe eines zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ermöglicht wird, und - eine Retardierungsoptik (14), die zur Anpassung der Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung (20) eingerichtet ist, wobei die Retardierungsoptik (14) eingerichtet ist, das Ensemble der Teilchen (1) abzubremsen und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung (20) anzupassen, und wobei - eine Choppereinrichtung (70) vorgesehen ist, mit der ein kontinuierliches Ensemble entsprechend einer vorbestimmten Zeitstruktur modulierbar ist, um die zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) geladener Teilchen zu ermöglichen.A measuring device (100) adapted to detect a pulse distribution of an ensemble (1) of charged particles, comprising: - an electron optical imaging device (10) having an electron optical axis (OA), the electron optical imaging device (10) comprising an objective lens device (11) which is arranged to generate a pulse image (3) of the x and y components of the momentum vectors of the particles perpendicular to the electron optical axis (OA), - an energy analyzer adapted for energy resolved imaging of the ensemble (1), and - a detector means (30) arranged to receive the impulse image of the ensemble (1), the x and y components of the impulse vectors of the particles being detectable by coordinates of the particles in the impulse image, characterized in that - the energy analyzer comprises a drift device (20) which is arranged to pass through the particles of the ensemble (1) with a time of flight are dependent on the z-component of the momentum vectors of the particles parallel to the electron optical axis (OA), - the detector means (30) for time-resolved recording of the pulse image of the ensemble (1) is set, wherein the z-components of the momentum vectors of the particles by the time of flight in the drift device (20) can be detected, - the electron-optical imaging device (10) further comprises: - a first telescope optics (12) for generating a first real space intermediate image (4) of the ensemble (1) of the particles with a spatially fixed Position is set up, - a variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable first aperture (13), which is adapted to define a field of view of the measuring device (100), wherein the adjustable first aperture (13) a selection of position and size a sample region reaching the image is made possible, and - a retarding optics (14), which is used to adapt the beam energy e of the particles is set to the potential of the drift device (20), wherein the retarding optics (14) is arranged to decelerate the ensemble of the particles (1) and to adapt it to the drift device (20) with respect to its image magnification and pulse image scaling, and wherein a chopper means (70) is provided, with which a continuous ensemble is modulated according to a predetermined time structure to allow the time-resolved recording of the pulse image of the ensemble (1) of charged particles. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die umfasst - eine zweite Teleskopoptik (50), die zur Erzeugung eines teleskopischen Strahlengangs von der Drifteinrichtung (20) zur Detektoreinrichtung (30) eingerichtet ist.Measuring device according to one of the preceding claims, comprising - A second telescope optics (50), which is adapted to generate a telescopic beam path from the drift device (20) to the detector device (30). Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Objektivlinseneinrichtung (11) eine Extraktorelektrode (111) aufweist, die zur Erzeugung eines Extraktorfeldes angeordnet ist und eine Dicke von mindestens dem halben Bohrungsdurchmesser aufweist.Measuring device according to one of the preceding claims, in which - the objective lens device (11) has an extractor electrode (111) which is used to generate a Extractor array is arranged and has a thickness of at least half the bore diameter. Messvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der - die Extraktorelektrode (111) mehrere Extraktorelektroden-Segmente (u1, ..., uN) umfasst, die um die elektronenoptische Achse (OA) in azimutaler Richtung verteilt angeordnet sind.Measuring device according to Claim 5 in which - the extractor electrode (111) comprises a plurality of extractor-electrode segments (u 1 , ..., u N ) distributed around the electron-optical axis (OA) in the azimuthal direction. Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der - die Retardierungsoptik (14) mindestens fünf, entlang der elektronenoptischen Achse (OA) angeordnete Retardierungsoptik-Segmente (141) aufweist, mit denen eingangs- und ausgangsseitige Brennweiten der Retardierungsoptik (14) unabhängig voneinander einstellbar sind.Measuring device according to one of Claims 2 to 6 in which - the retarding optics (14) has at least five retarding optical segments (141) arranged along the electron-optical axis (OA), with which the input and output focal lengths of the retarding optics (14) can be set independently of one another. Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3, die umfasst - eine abbildende, verstellbare Spinfiltereinrichtung (40), die zur spinabhängigen Abbildung des Ensembles (1) eingerichtet ist.Measuring device according to one of Claims 1 or 3 comprising - an imaging, adjustable spin filter means (40) adapted for spin dependent imaging of the ensemble (1). Messvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Spinfiltereinrichtung (40) - einen Spinfilter-Kristall (41) umfasst, der relativ zur elektronenoptischen Achse (OA) drehbar ist, - zwischen der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10) und der Drifteinrichtung (20), insbesondere unmittelbar vor der Drifteinrichtung (20), angeordnet ist, und/oder - so angeordnet ist, dass eine reelle oder reziproke Bildebene der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10) auf der Spinfiltereinrichtung (40) liegt.Measuring device according to Claim 8 in which the spin filter device (40) comprises a spin filter crystal (41) which is rotatable relative to the electron optical axis (OA), between the electron optical imaging device (10) and the drift device (20), in particular directly in front of the drift device ( 20), and / or - is arranged so that a real or reciprocal image plane of the electron-optical imaging device (10) lies on the spin filter device (40). Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 oder 8, bei der - zwischen der Spinfiltereinrichtung (40) und der Drifteinrichtung (20) eine Anpassungs-Linsengruppe (60) so angeordnet ist, dass die Streuenergie der Spinfiltereinrichtung (40) und die kinetische Energie der Teilchen in der Drifteinrichtung (20) unabhängig voneinander einstellbar sind.Measuring device according to one of Claims 2 or 8th in that - between the spin filter device (40) and the drift device (20) an adaptation lens group (60) is arranged so that the scattering energy of the spin filter device (40) and the kinetic energy of the particles in the drift device (20) are independently adjustable are. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - in der Drifteinrichtung (20) eine Blende (22) angeordnet ist, mit der diffus gestreute Teilchen aufgefangen werden können.Measuring device according to one of the preceding claims, in which - In the drift device (20) an aperture (22) is arranged, can be collected with the diffuse scattered particles. Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, die umfasst - eine Choppereinrichtung (70), mit der ein kontinuierliches Ensemble entsprechend einer vorbestimmten Zeitstruktur modulierbar ist, um die zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) geladener Teilchen zu ermöglichen.Measuring device according to one of Claims 1 or 2 comprising - chopper means (70) for modulating a continuous ensemble according to a predetermined time structure to enable the time resolved recording of the burst image of the charged particle ensemble (1). Messvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 12, bei der - die Choppereinrichtung (70) eine Aperturblende (23) und eine Ablenkoptik (71-72) umfasst, die in der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10) oder zwischen der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10) und der Drifteinrichtung (20) so angeordnet sind, dass durch eine hochfrequente Anregung der Ablenkoptik (71-72) ein kontinuierliches Ensemble (1) entsprechend der vorbestimmten Zeitstruktur modulierbar ist.Measuring device according to Claim 3 or 12 in which - the chopper device (70) comprises an aperture diaphragm (23) and a deflection optics (71-72) arranged in the electron optical imaging device (10) or between the electron optical imaging device (10) and the drift device (20) in that a continuous ensemble (1) can be modulated in accordance with the predetermined time structure by high-frequency excitation of the deflection optics (71-72). Messvorrichtung gemäß Anspruch 13, bei welcher die Ablenkoptik (71-72) - eine Multipolanordnung umfasst, - zwei antisymmetrische Ablenker (71, 72) und Linsengruppen (73, 74) auf beiden Seiten der Aperturblende (23) umfasst, wobei die antisymmetrischen Ablenker (71, 72) zur Eliminierung von Aberrationen durch die Strahlablenkung in den Linsengruppen (73, 74) der Choppereinrichtung (70) eingerichtet sind, und/oder - in die Retardierungsoptik (14) integriert oder an deren Ausgang angeordnet ist.Measuring device according to Claim 13 in which the deflection optics (71-72) comprises - a multipole arrangement, - two antisymmetric deflectors (71, 72) and lens groups (73, 74) on both sides of the aperture stop (23), the antisymmetric deflectors (71, 72) for eliminating aberrations by the beam deflection in the lens groups (73, 74) of the chopper device (70), and / or - integrated in the retarding optics (14) or arranged at the output thereof. Verfahren zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles (1) geladener Teilchen aus einer untersuchten Probe (2), mit den Schritten: - Erzeugung eines Impulsbildes (3) der Teilchen mit einer Objektivlinseneinrichtung (11) einer elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10), wobei das Impulsbild (3) in einer reziproken Ebene der Objektivlinseneinrichtung (11) die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zu einer elektronenoptischen Achse (OA) der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10) umfasst, - energieaufgelöste Abbildung des Ensembles (1) mit einem Energieanalysator, - Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) mit einer Detektoreinrichtung (30), wobei die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energieanalysator eine Drifteinrichtung (20) umfasst, die von den Teilchen des Ensembles (1) mit einer Flugzeit durchlaufen wird, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur elektronenoptischen Achse (OA) abhängt, und - das Impulsbild des Ensembles (1) mit der Detektoreinrichtung (30) mit Zeitauflösung aufgenommen wird, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der geladenen Teilchen durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung (20) erfasst werden, wobei - mit einer ersten Teleskopoptik (12) ein erstes Realraumzwischenbild (4) des Ensembles (1) der Teilchen mit einer räumlich festen Lage erzeugt wird, - mit einer variablen und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbaren ersten Blende (13), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messvorrichtung (100) eingerichtet ist, die Position und Größe eines zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ausgewählt werden, und - mit einer Retardierungsoptik (14) die Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung (20) angepasst wird, wobei das Ensemble (1) der Teilchen abgebremst und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung (20) angepasst wird, wobei die Retardierungsoptik (14) mindestens fünf, entlang der elektronenoptischen Achse (OA) angeordnete Retardierungsoptik-Segmente (141) aufweist, mit denen eingangs- und ausgangsseitige Brennweiten der Retardierungsoptik (14) unabhängig voneinander einstellbar sind.Method for detecting a pulse distribution of an ensemble (1) of charged particles from a sample (2), comprising the steps of: - generating a pulse image (3) of the particles with an objective lens device (11) of an electron-optical imaging device (10), wherein the pulse image ( 3) in a reciprocal plane of the objective lens device (11) comprises the x- and y-components of the momentum vectors of the particles perpendicular to an electron-optical axis (OA) of the electron-optical imaging device (10), - energy-resolved imaging of the ensemble (1) with an energy analyzer, - Recording of the pulse image of the ensemble (1) with a detector device (30), wherein the x and y components of the momentum vectors of the particles are detected by coordinates of the particles in the pulse image, characterized in that - the energy analyzer comprises a drift device (20) , which is traversed by the particles of the ensemble (1) with a time of flight from the zK Component of the momentum vectors of the particles parallel to the electron optical axis (OA) depends, and - the pulse image of the ensemble (1) with the detector means (30) is recorded with time resolution, wherein the z-components of the momentum vectors of the charged particles by the time of flight in the drift device (20) are detected, wherein - with a first telescope optics (12) a first real space intermediate image (4) of the ensemble (1) of the particles is generated with a spatially fixed position, - with a variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable first Aperture (13), which is set up to define a visual field of the measuring device (100), the position and size with a retarding optics (14), the beam energy of the particles is adapted to the potential of the drift device (20), the ensemble (1) of the particles braked and with respect to its image magnification and pulse image scaling to the Driftinrichtung (20) is adapted, wherein the retarding optics (14) at least five along the electron-optical axis (OA) arranged Retardierungsoptik segments (141), with which input and output side focal lengths of the retarding optics (14) are independently adjustable. Verfahren zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles (1) geladener Teilchen aus einer untersuchten Probe (2), mit den Schritten: - Erzeugung eines Impulsbildes (3) der Teilchen mit einer Objektivlinseneinrichtung (11) einer elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10), wobei das Impulsbild (3) in einer reziproken Ebene der Objektivlinseneinrichtung (11) die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zu einer elektronenoptischen Achse (OA) der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10) umfasst, - energieaufgelöste Abbildung des Ensembles (1) mit einem Energieanalysator, - Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) mit einer Detektoreinrichtung (30), wobei die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energieanalysator eine Drifteinrichtung (20) umfasst, die von den Teilchen des Ensembles (1) mit einer Flugzeit durchlaufen wird, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur elektronenoptischen Achse (OA) abhängt, und - das Impulsbild des Ensembles (1) mit der Detektoreinrichtung (30) mit Zeitauflösung aufgenommen wird, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der geladenen Teilchen durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung (20) erfasst werden, wobei - mit einer ersten Teleskopoptik (12) ein erstes Realraumzwischenbild (4) des Ensembles (1) der Teilchen mit einer räumlich festen Lage erzeugt wird, - mit einer eine variablen und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbaren ersten Blende (13), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messvorrichtung (100) eingerichtet ist, die Position und Größe eines zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ausgewählt werden, - mit einer Retardierungsoptik (14) die Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung (20) angepasst wird, wobei das Ensemble (1) der Teilchen abgebremst und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung (20) angepasst wird, und - eine spinabhängige Abbildung des Ensembles (1) mit einer abbildenden, verstellbaren Spinfiltereinrichtung (40) erfolgt.Method for detecting a pulse distribution of an ensemble (1) of charged particles from a sample (2), comprising the steps of: - generating a pulse image (3) of the particles with an objective lens device (11) of an electron-optical imaging device (10), wherein the pulse image ( 3) in a reciprocal plane of the objective lens device (11) comprises the x- and y-components of the momentum vectors of the particles perpendicular to an electron-optical axis (OA) of the electron-optical imaging device (10), - energy-resolved imaging of the ensemble (1) with an energy analyzer, - Recording of the pulse image of the ensemble (1) with a detector device (30), wherein the x and y components of the momentum vectors of the particles are detected by coordinates of the particles in the pulse image, characterized in that - the energy analyzer comprises a drift device (20) , which is traversed by the particles of the ensemble (1) with a time of flight from the zK Component of the momentum vectors of the particles parallel to the electron optical axis (OA) depends, and - the pulse image of the ensemble (1) with the detector means (30) is recorded with time resolution, wherein the z-components of the momentum vectors of the charged particles by the time of flight in the drift device (20) are detected, wherein - with a first telescope optics (12) a first real space intermediate image (4) of the ensemble (1) of the particles is generated with a spatially fixed position, - with a variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable first diaphragm (13), which is set up to define a visual field of the measuring device (100), the position and size of a sample region to be imaged are selected, - the radiation energy of the particles is limited to the potential of the drift device (20) with a retarding optical system (14) is adjusted, whereby the ensemble (1) of the particles is decelerated and with respect to its image magnification and Imp ulsbild scaling is adapted to the drift device (20), and - a spin-dependent image of the ensemble (1) with an imaging, adjustable spin filter device (40). Verfahren zur Erfassung einer Impulsverteilung eines Ensembles (1) geladener Teilchen aus einer untersuchten Probe (2), mit den Schritten: - Erzeugung eines Impulsbildes (3) der Teilchen mit einer Objektivlinseneinrichtung (11) einer elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10), wobei das Impulsbild (3) in einer reziproken Ebene der Objektivlinseneinrichtung (11) die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen senkrecht zu einer elektronenoptischen Achse (OA) der elektronenoptischen Abbildungseinrichtung (10) umfasst, - energieaufgelöste Abbildung des Ensembles (1) mit einem Energieanalysator, - Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) mit einer Detektoreinrichtung (30), wobei die x- und y-Komponenten der Impulsvektoren der Teilchen durch Koordinaten der Teilchen im Impulsbild erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass - der Energieanalysator eine Drifteinrichtung (20) umfasst, die von den Teilchen des Ensembles (1) mit einer Flugzeit durchlaufen wird, die von der z-Komponente der Impulsvektoren der Teilchen parallel zur elektronenoptischen Achse (OA) abhängt, und - das Impulsbild des Ensembles (1) mit der Detektoreinrichtung (30) mit Zeitauflösung aufgenommen wird, wobei die z-Komponenten der Impulsvektoren der geladenen Teilchen durch die Flugzeit in der Drifteinrichtung (20) erfasst werden, wobei - mit einer ersten Teleskopoptik (12) ein erstes Realraumzwischenbild (4) des Ensembles (1) der Teilchen mit einer räumlich festen Lage erzeugt wird, - mit einer variablen und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbaren ersten Blende (13), die zur Definition eines Gesichtsfeldes der Messvorrichtung (100) eingerichtet ist, die Position und Größe eines zur Abbildung gelangenden Probenbereiches ausgewählt werden, - mit einer Retardierungsoptik (14) die Strahlenergie der Teilchen auf das Potential der Drifteinrichtung (20) angepasst wird, wobei das Ensemble (1) der Teilchen abgebremst und bezüglich seiner Bildvergrößerung und Impulsbild-Skalierung an die Drifteinrichtung (20) angepasst wird, und - eine Modulation eines kontinuierlichen Ensembles entsprechend einer vorbestimmten Zeitstruktur mit einer Choppereinrichtung (70) und eine zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) nach Durchlaufen der Drifteinrichtung (20) erfolgen.Method for detecting a pulse distribution of an ensemble (1) of charged particles from a sample (2), comprising the steps of: - generating a pulse image (3) of the particles with an objective lens device (11) of an electron-optical imaging device (10), wherein the pulse image ( 3) in a reciprocal plane of the objective lens device (11) comprises the x- and y-components of the momentum vectors of the particles perpendicular to an electron-optical axis (OA) of the electron-optical imaging device (10), - energy-resolved imaging of the ensemble (1) with an energy analyzer, - Recording of the pulse image of the ensemble (1) with a detector device (30), wherein the x and y components of the momentum vectors of the particles are detected by coordinates of the particles in the pulse image, characterized in that - the energy analyzer comprises a drift device (20) , which is traversed by the particles of the ensemble (1) with a time of flight from the zK Component of the momentum vectors of the particles parallel to the electron optical axis (OA) depends, and - the pulse image of the ensemble (1) with the detector means (30) is recorded with time resolution, wherein the z-components of the momentum vectors of the charged particles by the time of flight in the drift device (20) are detected, wherein - with a first telescope optics (12) a first real space intermediate image (4) of the ensemble (1) of the particles is generated with a spatially fixed position, - with a variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable first Aperture (13), which is set up to define a field of view of the measuring device (100), the position and size of a sample region to be imaged are selected, - the retardation optics (14) are used to match the beam energy of the particles to the potential of the drift device (20) in which the ensemble (1) of the particles is decelerated and with respect to its image magnification and Impulsbi ld-scaling is adapted to the drift device (20), and - a modulation of a continuous ensemble according to a predetermined time structure with a chopper (70) and a time-resolved recording of the pulse image of the ensemble (1) after passing through the drift device (20). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 16, bei dem - zur Steigerung der Impulsauflösung die Größe des Quellvolumens auf der Probe (2) durch die variable und senkrecht zur elektronenoptischen Achse (OA) justierbare Blende (13) in einem Gauß'sehen Zwischenbild entlang der optischen Achse (OA) begrenzt und definiert wird.Method according to one of Claims 15 to 16 in which - to increase the pulse resolution, the size of the swelling volume on the sample (2) through the variable and perpendicular to the electron optical axis (OA) adjustable aperture (13) in a Gaussian 'see Intermediate image along the optical axis (OA) is limited and defined. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 oder 17, mit dem Schritt - spinabhängige Abbildung des Ensembles (1) mit einer abbildenden, verstellbaren Spinfiltereinrichtung (40).Method according to one of Claims 15 or 17 , with the step - spin-dependent imaging of the ensemble (1) with an imaging, adjustable spin filter device (40). Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 19, bei dem - durch Variation eines Kristallorientierungswinkels α (Rotation um den einfallenden Strahl) die Quantisierungsrichtung der Spinfilterung verändert wird und/oder durch Variation eines Azimutalwinkels Φ (Rotation um die Oberflächennormale des Spinfilterkristalls) der Kontrast der Spinfilterung verändert wird.Method according to Claim 16 or 19 in which - by varying a crystal orientation angle α (rotation about the incident beam), the quantization direction of the spin filtering is changed and / or by varying an azimuthal angle Φ (rotation about the surface normal of the spin filter crystal) the contrast of the spin filtering is changed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 16, mit den Schritten - Modulation eines kontinuierlichen Ensembles (1) entsprechend einer vorbestimmten Zeitstruktur mit einer Choppereinrichtung (70), und - zeitaufgelöste Aufnahme des Impulsbildes des Ensembles (1) nach Durchlaufen der Drifteinrichtung (20).Method according to one of Claims 15 to 16 comprising the steps of - modulating a continuous ensemble (1) according to a predetermined time structure with a chopper means (70), and - time resolved recording of the burst image of the ensemble (1) after passing through the drift means (20).
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