JP2008251525A - Charged particle spin polarimeter, microscope, and photoelectron spectroscopy device - Google Patents

Charged particle spin polarimeter, microscope, and photoelectron spectroscopy device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle spin polarimeter capable of resolving the magnetic moment of charged particles with high efficiency. <P>SOLUTION: The charged particle spin polarimeter has a pair of convex and concave magnetic poles for applying a magnetic field with gradient to an incident charged particle and a pair of flat plate electrodes to apply an electric field to a charged particle to cancel the Lorentz force that the charged particle receives from the magnetic field. The magnetic moment of a charged particle in the direction of the magnetic field is resolved by the interaction between the gradient of the magnetic field and the magnetic moment of the charged particle. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、真空チャンバ内で動作し、荷電粒子個々の磁気モーメントを検出する分析装置に関する。   The present invention relates to an analyzer that operates in a vacuum chamber and detects the magnetic moment of each charged particle.

中性子のスピンを分解する手法として、シュテルン・ゲルラッハ法(Stern Gerlach method)が知られている(非特許文献1)。その原理を図1に示す。まず、図1Aのように、中性子104の軌道に垂直方向成分の大きな磁場が印加され、その磁場強度が垂直方向に勾配を持つような空間を考える。磁場は、中性子104の進行方向に対して垂直な位置に配置された一対の磁極により印加される。うち一方の磁極は中性子の軌道に対して凹面を有しており、もう一方の磁極は、当該凹面に対して凸面を持つ。当該凸面磁極から発生された磁場が凹面に到達することにより、上記の勾配をもつ磁場が形成される。ここでは荷電粒子軌道から見て上方が磁力線の密度が高くなっている。そこに、図1Bのように、磁場勾配の向きに対して平行と反平行の磁気モーメントを持つ中性子を入射させると、それぞれ上方向と下方向の力を受け、その力のために軌道が変化して磁気モーメントを分解することができる。磁場勾配から受ける力は微小であっても、中性子はそれ以外に力を受けないために、軌道変化による磁気モーメントの分解が可能となる。また、仮に中性子の磁気モーメントが横方向成分を持っていたとすると、その成分は磁場方向を回転軸とした歳差運動をするので一定には保たれず、かつ磁場勾配による力も受けない。この方式を利用した磁気モーメント検出に関する特許もいくつか公開されている(例えば,特許文献1、2)。   The Stern Gerlach method is known as a technique for decomposing neutron spin (Non-patent Document 1). The principle is shown in FIG. First, as shown in FIG. 1A, consider a space in which a magnetic field having a large vertical component is applied to the orbit of the neutron 104 and the magnetic field strength has a gradient in the vertical direction. The magnetic field is applied by a pair of magnetic poles arranged at a position perpendicular to the traveling direction of the neutron 104. One of the magnetic poles has a concave surface with respect to the orbit of the neutron, and the other magnetic pole has a convex surface with respect to the concave surface. When the magnetic field generated from the convex magnetic pole reaches the concave surface, a magnetic field having the above gradient is formed. Here, the density of the magnetic lines of force is higher in the upper direction as viewed from the charged particle orbit. As shown in FIG. 1B, when a neutron having a magnetic moment parallel and antiparallel to the direction of the magnetic field gradient is incident, an upward and downward force is received, and the orbit changes due to the force. Thus, the magnetic moment can be decomposed. Even if the force received from the magnetic field gradient is very small, neutrons do not receive any other force, so that the magnetic moment can be resolved by changing the orbit. If the magnetic moment of the neutron has a transverse component, the component precesses around the direction of the magnetic field, so it is not kept constant and is not subjected to the force due to the magnetic field gradient. Several patents relating to magnetic moment detection using this method are also disclosed (for example, Patent Documents 1 and 2).

上記の効果による中性子軌道の分離は微小なため、実際にはこれを2つ組み合わせたラビ法(Rabi method)により、磁気モーメントの向きによる収束作用の違いを利用した方法を開発している(非特許文献2)。   The separation of neutron orbits due to the above effects is very small. In fact, we have developed a method that utilizes the difference in convergence due to the direction of the magnetic moment by using the Rabi method that combines the two (non-convergence) Patent Document 2).

特開2001-099815号公報JP 2001-099815 A 特開平07-174831号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-174831 新物理学シリーズ27、山内恭彦監修、“スピンと偏極”、p57(1994年10月、培風館発行)New Physics Series 27, supervised by Yasuhiko Yamauchi, “Spin and Polarization”, p57 (October 1994, published by Baifukan) 新物理学シリーズ27、山内恭彦監修、“スピンと偏極”、p62(1994年10月、培風館発行)New Physics Series 27, supervised by Yasuhiko Yamauchi, “Spin and Polarization”, p62 (October 1994, published by Baifukan)

しかし、このシュテルン・ゲルラッハ法を電子やイオンなどの荷電粒子に適用することはできない。それは、荷電粒子が磁場中を通過する場合、たとえ数eVの微小なエネルギーであっても、磁場勾配から磁気モーメントが受ける力よりも圧倒的に大きいローレンツ力を受けるために、磁場勾配が磁気モーメントに及ぼす力による軌道の差は分解できなくなってしまうからである。例えば図1において、中性子が荷電粒子だったとすると、荷電粒子はその磁気モーメントと磁場勾配の相互作用によって縦方向に力を受けるが、それよりも格段に大きなローレンツ力を横方向に受ける。しかも、そのローレンツ力は磁場勾配があるために荷電粒子の位置によって違うため、荷電粒子軌道は分散してしまう。結果として、軌道による磁気モーメントの分解は不可能となる。そのため、例えば電子の磁気モーメントを検出する方法としては、モット散乱(例えばジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス45号、6468頁(2006)(Jpn.J.Appl.Phys. 45, 6468 (2006))等、効率が通常の電子検出器の3桁以上低い手法が主流になっている。   However, this Stern-Gerlach method cannot be applied to charged particles such as electrons and ions. That is, when a charged particle passes through a magnetic field, even if it is a small energy of several eV, it receives a Lorentz force that is overwhelmingly larger than the force that the magnetic moment receives from the magnetic field gradient. This is because the difference in the trajectory due to the force exerted on the can no longer be resolved. For example, in FIG. 1, if the neutron is a charged particle, the charged particle receives a force in the vertical direction due to the interaction between the magnetic moment and the magnetic field gradient, but receives a much larger Lorentz force in the horizontal direction. Moreover, since the Lorentz force varies depending on the position of the charged particles due to the magnetic field gradient, the charged particle trajectory is dispersed. As a result, the magnetic moment cannot be resolved by the orbit. Therefore, for example, Mott scattering (for example, Japanese Journal of Applied Physics No. 45, page 6468 (2006) (Jpn.J.Appl.Phys. 45, 6468 (2006)) ) Etc., the efficiency is three or more orders of magnitude lower than that of ordinary electron detectors.

本発明の目的は、荷電粒子が持つ磁気モーメントを高効率で分解できる荷電粒子スピン検出器、及びそれを用いた各種応用装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a charged particle spin detector capable of decomposing a magnetic moment of charged particles with high efficiency, and various application devices using the same.

本発明においては、上記の目的を達成するため、勾配を有する磁場を入射荷電粒子に対して印加するための一対の磁極と、当該荷電粒子が当該磁場から受けるローレンツ力をキャンセルする電場を荷電粒子に印加するための電極とを備え、磁場勾配と荷電粒子が持つ磁気モーメントの相互作用によって前記荷電粒子の磁場方向の磁気モーメントを分解する荷電粒子スピン検出器、及びそれを用いた応用装置を構成する。   In the present invention, in order to achieve the above object, a pair of magnetic poles for applying a magnetic field having a gradient to incident charged particles and an electric field for canceling the Lorentz force that the charged particles receive from the magnetic field are charged particles. A charged particle spin detector that decomposes the magnetic moment of the charged particle in the magnetic field direction by the interaction of the magnetic field gradient and the magnetic moment of the charged particle, and an application device using the same To do.

また、本発明において、磁極や電極の形状は極めて重要であり、磁極はN側とS側で凸凹型などの形状の違うものを用いることにより、荷電粒子軌道上において磁場勾配を容易につくることができる。更に、電極に関しても一様な電場を作り出すものではなく、荷電粒子が軌道上において受けるローレンツ力をキャンセルするようなものが好適であり、例えば2枚の平板電極を、互いに平行ではなく傾斜角を持たせて配置する。更にまた、これら一対の電極を双曲柱、或いはそれを近似した角柱で構成する。   In addition, in the present invention, the shape of the magnetic pole and electrode is extremely important, and the magnetic field gradient can be easily created on the charged particle orbit by using the magnetic poles having different shapes such as a convex and concave shape on the N side and the S side. Can do. Furthermore, it is preferable not to create a uniform electric field with respect to the electrodes but to cancel the Lorentz force that the charged particles receive in the orbit. For example, two flat electrodes are not parallel to each other but have an inclination angle. Hold and place. Furthermore, the pair of electrodes is formed by a hyperbolic column or a rectangular column approximating it.

本発明によれば、個々の荷電粒子が持つ磁気モーメントを分解することができ、格段に効率のよい荷電粒子スピン検出器を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetic moment which each charged particle has can be decomposed | disassembled, and a charged particle spin detector which is remarkably efficient can be provided.

本発明では、荷電粒子の持つ磁気モーメントを高効率で分解する検出器を提供する。本発明の種々の実施例を説明する前に、その基本構造について図2A,2Bと図3とを用いて説明する。   The present invention provides a detector that decomposes the magnetic moment of charged particles with high efficiency. Before describing various embodiments of the present invention, its basic structure will be described with reference to FIGS. 2A and 2B and FIG.

図2A,2Bは、本発明で用いる荷電粒子スピン検出器の基本構造を示す。図2Aに示すように、シュテルン・ゲルラッハ法と同様に、N極の磁極201とS極の磁極202は異なる形状を持ち、図2Aに示される構成では、S磁極が入射荷電粒子の軌道側に凹面、N磁極が凸面として形成されている。2つの電極203は同じ平板形状であるが、N磁極の長手方向中心軸に対して傾けて配置することにより曲率のある電場を作り出すようにしている。このような状態で発生する磁力線204と電気力線205は、ともに場所によって向きや密度が異なるものとなる。その状態で、図2Bのように、荷電粒子206を図面垂直方向に入射させる。荷電粒子は磁力線204からローレンツ力を受けるが、それをキャンセルするような静電気力を電気力線205から受ける。つまりそのような磁力線204と電気力線205を発生させなくてはいけない。その場合、荷電粒子206が受ける力は、磁場勾配から受ける力207のみになり、その力は荷電粒子の磁気モーメント206によって向きが違うので、荷電粒子の磁気モーメントを軌道の違いとして分解することができる。   2A and 2B show the basic structure of a charged particle spin detector used in the present invention. As shown in FIG. 2A, as in the Stern-Gerlach method, the N-pole magnetic pole 201 and the S-pole magnetic pole 202 have different shapes. In the configuration shown in FIG. 2A, the S-pole is on the orbit side of the incident charged particle. The concave surface and the N magnetic pole are formed as convex surfaces. Although the two electrodes 203 have the same flat plate shape, an electric field having a curvature is created by arranging them so as to be inclined with respect to the longitudinal central axis of the N magnetic pole. Both the magnetic lines of force 204 and the electric lines of force 205 generated in such a state have different directions and densities depending on locations. In this state, as shown in FIG. 2B, charged particles 206 are incident in the vertical direction of the drawing. The charged particles receive a Lorentz force from the magnetic field lines 204, but receive an electrostatic force from the electric field lines 205 to cancel the Lorentz force. That is, such magnetic field lines 204 and electric field lines 205 must be generated. In this case, the force received by the charged particle 206 is only the force 207 received from the magnetic field gradient, and the direction of the force differs depending on the magnetic moment 206 of the charged particle. it can.

図3に、図2A,2Bに示した荷電粒子スピン検出器を、図2Bの紙面縦方向に切った断面構造を示す。本図において、荷電粒子304は紙面右側から磁極301と302、電極303に向かって入射し、そこで磁場勾配より磁気モーメントの向きに応じた力を受け、磁極301と302、電極303を通過する間に軌道が変化する。軌道が分離した荷電粒子はそれぞれ荷電粒子検出器305で捕獲され、それらの磁気モーメントを分解することができる。   FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the charged particle spin detector shown in FIGS. 2A and 2B, cut in the vertical direction of the paper of FIG. 2B. In this figure, charged particles 304 enter the magnetic poles 301 and 302 and the electrode 303 from the right side of the paper, and receive a force corresponding to the direction of the magnetic moment from the magnetic field gradient and pass through the magnetic poles 301 and 302 and the electrode 303. The orbit changes. The charged particles whose orbits are separated are captured by the charged particle detector 305, and their magnetic moments can be resolved.

従来から使われているモット検出器の効率は1x10-4乗程度で、その効率向上が大きな課題である。本発明によるスピン検出器は、磁場勾配による軌道の分離が充分大きくできれば、理論上は効率を1にできる。つまり従来のモット検出器の4桁程度効率を向上させることができる。 The efficiency of the conventional Mott detector is about 1 × 10 −4 , and the improvement of the efficiency is a big issue. The spin detector according to the present invention can theoretically have an efficiency of 1 if the orbital separation due to the magnetic field gradient can be made sufficiently large. In other words, the efficiency of the conventional Mott detector can be improved by about 4 digits.

前述の磁場勾配から電子スピンが受ける力による偏向量であるが、仮に1T/mの磁場勾配中を、加速10Vの電子が1m進む際に受ける偏向量は、1.4umである。この偏向量は電子の進行距離の2乗に比例する。   The amount of deflection due to the force received by the electron spin from the magnetic field gradient described above is assumed to be 1.4 μm when the acceleration 10V electron travels 1 m in the magnetic field gradient of 1 T / m. This deflection amount is proportional to the square of the traveling distance of electrons.

また、上述したように、磁極はN側とS側で形状の違うものを用いると、荷電粒子軌道上において磁場勾配を容易につくることができる。また、電極に関しても一様な電場を作り出すものではなく、荷電粒子が軌道上において受けるローレンツ力をキャンセルするようなものとするため、例えば2枚の平板電極を、互いに平行ではなく傾斜角を持たせて配置することが考えられる。また、電極を双曲柱、或いはそれを近似した角柱を用いることも考えられる。電極の表面形状(少なくとも荷電粒子線の軌道側に向いた側)を双曲柱状もしくは角柱状にすることにより、等電位面あるいは等磁気ポテンシャル面が双曲線状になり、優れた収束作用を得ることができる。   As described above, when magnetic poles having different shapes on the N side and the S side are used, a magnetic field gradient can be easily created on the charged particle orbit. Also, the electrode does not create a uniform electric field, but cancels the Lorentz force that the charged particles receive in the orbit. For example, two flat electrodes are not parallel to each other but have an inclination angle. It is conceivable to arrange them. It is also conceivable to use a hyperbolic column for the electrode or a rectangular column approximating it. By making the electrode surface shape (at least the side facing the orbital side of the charged particle beam) into a hyperbolic column or a prism, the equipotential surface or the isomagnetic potential surface becomes a hyperbola and obtains an excellent convergence effect. Can do.

以下、図4を用いて第一の実施例を説明する。   The first embodiment will be described below with reference to FIG.

図4に、図2A,2B,3で説明した基本構成を応用した具体的実施例1を示す。前述の磁極と電極の組み合わせを複数個準備し、それを荷電粒子軌道方向に並べたものである。一組の磁極と電極のペアが持つ磁場勾配から荷電粒子の磁気モーメントが受ける力が充分ではない場合、それらの組み合わせを複数個準備し、磁場勾配から受ける力を積分することによって、充分な軌道の変化を得ることができる。   FIG. 4 shows a specific example 1 to which the basic configuration described in FIGS. 2A, 2B, and 3 is applied. A plurality of combinations of the aforementioned magnetic poles and electrodes are prepared and arranged in the charged particle trajectory direction. If the force received by the magnetic moment of a charged particle from the magnetic field gradient of a pair of magnetic poles and electrodes is not sufficient, a sufficient orbit can be obtained by preparing multiple combinations of these and integrating the force received from the magnetic field gradient. Change.

本実施例では、荷電粒子は最初に磁極401と402、電極403に入射する。ここでも前述の基本構成同様、ローレンツ力と静電気力はキャンセルさせるものとする。その後、荷電粒子は磁極404と405、電極406に入射する。ここで、磁極401と402、404と405では逆方向の磁場を作り出すようにして、また磁極の形も逆転させているので磁力線の密度分布も逆になる。その結果、磁場勾配の向きは同じになる。従って、荷電粒子の磁気モーメントが磁極401と402、404と405が作り出す磁場勾配から受ける力は同じ方向になる。但し、それぞれの磁極が作り出す磁場の向きが異なるので、ローレンツ力は逆方向になり、お互いにキャンセルするようにできる。つまり仮に静電気力でローレンツ力のキャンセルが完全にできなかった場合でも、このように複数個の電極、磁極の組み合わせをうまく配置すれば、ローレンツ力をキャンセルすることができる。   In this embodiment, the charged particles first enter the magnetic poles 401 and 402 and the electrode 403. Here again, the Lorentz force and the electrostatic force are canceled as in the basic configuration described above. Thereafter, the charged particles enter the magnetic poles 404 and 405 and the electrode 406. Here, the magnetic poles 401 and 402, 404 and 405 generate a magnetic field in the opposite direction, and the shape of the magnetic pole is reversed, so the density distribution of the magnetic field lines is also reversed. As a result, the direction of the magnetic field gradient is the same. Therefore, the force that the magnetic moment of the charged particle receives from the magnetic field gradient created by the magnetic poles 401 and 402, 404 and 405 is in the same direction. However, since the directions of the magnetic fields generated by the respective magnetic poles are different, the Lorentz forces are in opposite directions and can be canceled with each other. That is, even if the Lorentz force cannot be completely canceled by electrostatic force, the Lorentz force can be canceled if the combination of a plurality of electrodes and magnetic poles is arranged well in this way.

本実施例においては、その後荷電粒子は磁極407と408、電極409、そして磁極410と411、電極412に入射する。ここでも磁極407と408が作り出す磁場の方向、磁力線密度の勾配は磁極410と411が作り出すものと逆方向になっている。このように、磁極と電極の組み合わせを適当な個数配列することによって、磁場勾配から受ける力は増強し、ローレンツ力等他から受ける力は小さくすることができるので、磁気モーメントの分解能力を向上させることができる。このローレンツ力のキャンセルの観点からすると、磁極と電極の組み合わせの数は偶数個であることが望ましい。もちろん、すべての組み合わせにおいて、荷電粒子の光軸410は一致させておく必要がある。   In this embodiment, the charged particles then enter the magnetic poles 407 and 408, the electrode 409, the magnetic poles 410 and 411, and the electrode 412. Here again, the direction of the magnetic field generated by the magnetic poles 407 and 408 and the gradient of the magnetic field line density are opposite to those generated by the magnetic poles 410 and 411. In this way, by arranging an appropriate number of combinations of magnetic poles and electrodes, the force received from the magnetic field gradient can be increased, and the force received from others such as Lorentz force can be reduced, thereby improving the resolution of the magnetic moment. be able to. From the viewpoint of canceling the Lorentz force, the number of combinations of magnetic poles and electrodes is desirably an even number. Of course, in all combinations, the optical axis 410 of the charged particles needs to match.

図5は、第二の実施例の構成を示す図である。前述した手法では、電子線の進行方向に垂直な一方向のスピンしか分解できない。荷電粒子スピン検出器で他の方向のスピンを分解するためには、入射する前に検出不可能方向のスピンを検出可能方向に回転させる必要がある。本実施例においては、このような役目を果たせる、1つ或いは2つのスピン回転器506、507を、荷電粒子スピン検出器の前に配置することにより、他の方向のスピンも検出できる構成とした。スピン回転器としては、電場と磁場がお互いと荷電粒子軌道に直交したウィーンフィルタと呼ばれるエネルギー分析器と同様の構造をしたもの(例えばレビュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメンツ75号、2003頁(2004)(Rev. Sci. Instrum. 75, 2003 (2004))や、ソレノイドコイルなどが考えられる。   FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the second embodiment. The method described above can only resolve spins in one direction perpendicular to the traveling direction of the electron beam. In order to resolve spins in other directions by the charged particle spin detector, it is necessary to rotate the spins in the undetectable direction in the detectable direction before entering. In the present embodiment, one or two spin rotators 506 and 507 capable of fulfilling such a role are arranged in front of the charged particle spin detector so that spins in other directions can be detected. . The spin rotator has the same structure as an energy analyzer called Wien filter in which the electric and magnetic fields are orthogonal to each other and the charged particle orbit (for example, Review of Scientific Instruments 75, 2003 (2004 (Rev. Sci. Instrum. 75, 2003 (2004)) and solenoid coils.

ウィーンフィルタタイプのもの2つ、或いはウィーンフィルタタイプとソレノイドタイプとの組み合わせにより、どのような方向を向いている電子スピンでも、本実施例による荷電粒子スピン検出器で検出できる方向に向かせることができる。例えば、スピン回転器を全く動作させない場合では図5において紙面縦方向のスピン成分を検出できる。また図5に示す実施例では、荷電粒子軌道に平行なスピン成分を検出している。この他に、荷電粒子スピンを図5において縦方向を回転軸に90度回転させれば、紙面垂直方向のスピン成分を検出できる。以上の3方向のスピンを検出することにより、荷電粒子がもつスピンの向きを3次元的に決定することができる。   By using two types of Wien filter type or a combination of Wien filter type and solenoid type, any direction of electron spin can be directed to a direction that can be detected by the charged particle spin detector according to this embodiment. it can. For example, when the spin rotator is not operated at all, it is possible to detect the spin component in the vertical direction in FIG. In the embodiment shown in FIG. 5, the spin component parallel to the charged particle trajectory is detected. In addition, if the charged particle spin is rotated 90 degrees in the vertical direction in FIG. 5, the spin component in the direction perpendicular to the paper surface can be detected. By detecting the spins in the above three directions, the spin direction of the charged particles can be determined three-dimensionally.

図6は第三の実施例を示す図であり、図4で示した実施例2の構成と前述のラビの手法を組み合わせた構成を有するものである。ここでは、荷電粒子線に収束作用を持たせながら勾配磁界中を透過する過程を考える。荷電粒子601は図面右から左方向へ運動し、磁気モーメント602を持っており、前述の実施例同様、磁場勾配を作り出している磁極603と604の間を透過する。ローレンツ力をキャンセルするための電極は本図では省略している。例えば荷電粒子601は、磁気モーメント602と磁場勾配との相互作用により、図中上向きに力を受けたとする。その後荷電粒子601は、図面垂直方向に磁場が印加されている領域605を通過する。この際に印加される磁場のために、磁気モーメントはラーモア歳差運動をするため回転する。そして磁場の強度を調節することにより、磁気モーメントが反転した段階で、再び磁場勾配を作り出している磁極606と607の間を透過させる。この磁極606と607内の磁場勾配は、磁極603と604のものと比べて、磁場の極性を反転するか或は勾配の向きを逆にすることにより、反転した磁気モーメント602が磁場勾配より前段同様上向きの力を受けるようにする。   FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment, which has a configuration in which the configuration of the second embodiment shown in FIG. 4 is combined with the rabbi technique described above. Here, let us consider a process in which a charged particle beam is transmitted through a gradient magnetic field while having a convergence effect. The charged particle 601 moves from the right to the left in the drawing, has a magnetic moment 602, and passes between the magnetic poles 603 and 604 creating a magnetic field gradient, as in the previous embodiment. An electrode for canceling the Lorentz force is omitted in the figure. For example, it is assumed that the charged particle 601 receives a force upward in the figure due to the interaction between the magnetic moment 602 and the magnetic field gradient. Thereafter, the charged particle 601 passes through a region 605 where a magnetic field is applied in the vertical direction of the drawing. Due to the magnetic field applied at this time, the magnetic moment rotates to make a Larmor precession. Then, by adjusting the strength of the magnetic field, it is transmitted between the magnetic poles 606 and 607 that create a magnetic field gradient again when the magnetic moment is reversed. The magnetic field gradient in the magnetic poles 606 and 607 is compared with that in the magnetic poles 603 and 604, so that the magnetic moment 602 that has been reversed is reversed from the magnetic field gradient by reversing the polarity of the magnetic field or reversing the direction of the gradient. Similarly, receive upward force.

このように2段の磁場勾配を通過することによって、荷電粒子601の軌道は上向きに若干ずれることになる。もし、荷電粒子が磁気モーメントを持っていなければ、荷電粒子線は収束点609にフォーカスするが、磁気モーメントの大きさによって、収束点609から離れた位置608に到達するようになる。このように、収束点での荷電粒子線の収束特性を調べることにより、それらの磁気モーメントの大きさや向きに関する情報を引き出すことができる。本実施例では磁極のペアを2組にしているが、もちろん2組以上であってもよく、個数をふやせば磁気モーメントによる荷電粒子収束ポイントのずれを大きくできる利点がある。   By passing through the two-step magnetic field gradient in this way, the trajectory of the charged particle 601 is slightly shifted upward. If the charged particle has no magnetic moment, the charged particle beam is focused on the convergence point 609, but reaches a position 608 away from the convergence point 609 depending on the magnitude of the magnetic moment. As described above, by examining the convergence characteristics of the charged particle beam at the convergence point, information on the magnitude and direction of the magnetic moment can be extracted. In this embodiment, two pairs of magnetic poles are used. Of course, two or more pairs may be used. If the number is increased, there is an advantage that the deviation of the charged particle convergence point due to the magnetic moment can be increased.

図7は、第四の実施例の構成を示す図である。前述の、磁界勾配を作り出す磁極と荷電粒子が受けるローレンツ力をキャンセルするための電極を1つのユニット701として、複数のユニット円周上に並べる。但し荷電粒子702が入射する部分を空けておく必要がある。このユニットに図6に示した実施例にある磁気モーメントを反転させるための磁場を発生させる磁極を入れてもよい。このような状態で荷電粒子702をこの円周に入射させ、ユニット内の電磁場を制御して荷電粒子に円周上を回転運動させるようにする。本実施例では、ユニット内で磁場は図面垂直方向に向いており、図面垂直方向の磁気モーメントを分解することを想定している。個々のユニット内での荷電粒子の磁気モーメントが受ける力は弱いが、円運動を何周も行い、円周上に並べた複数のユニットを何回も通過するので、磁気モーメントが磁場勾配から受ける力をうまく積分してやれば、大きな軌道の違いとなって表れる。そして、その軌道の変化が充分大きくなると、荷電粒子軌道から少し図面垂直方向に離れた位置においている荷電粒子検出器703に入射し、カウントされる。このような荷電粒子の円運動を利用すれば、微弱な力を積分して、磁気モーメントを分解することができる。   FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the fourth embodiment. The magnetic pole for creating the magnetic field gradient and the electrode for canceling the Lorentz force received by the charged particles are arranged as one unit 701 on a plurality of unit circumferences. However, it is necessary to leave a portion where charged particles 702 are incident. This unit may be provided with a magnetic pole for generating a magnetic field for reversing the magnetic moment in the embodiment shown in FIG. In such a state, charged particles 702 are made incident on the circumference, and the electromagnetic field in the unit is controlled so that the charged particles rotate on the circumference. In the present embodiment, it is assumed that the magnetic field in the unit is oriented in the vertical direction of the drawing, and that the magnetic moment in the vertical direction of the drawing is decomposed. Although the force received by the magnetic moment of the charged particles in each unit is weak, the magnetic moment is received from the magnetic field gradient because it makes a circular motion many times and passes through multiple units arranged on the circumference many times. If you integrate the force well, it will show up as a big trajectory difference. Then, when the change of the trajectory becomes sufficiently large, it enters the charged particle detector 703 at a position slightly away from the charged particle trajectory in the vertical direction in the drawing and is counted. By utilizing such circular motion of charged particles, it is possible to integrate a weak force and resolve a magnetic moment.

なお、図7ではユニッ701が7個の例を示したが、この個数は7個に限定されないことは言うまでもない。   Although FIG. 7 shows an example with seven units 701, it goes without saying that this number is not limited to seven.

図8に上述した荷電粒子スピン検出器を搭載したスピン偏極走査電子顕微鏡の実施例を示す。スピン偏極走査電子顕微鏡とは、磁性体試料から放出された2次電子の持つスピン偏極度をマッピングすることにより磁区像を得る装置で、例えば特開昭60-177539号公報等でその概要は公開されている。電子銃801から放出された1次電子線802は試料ステージ803にセットされている試料804に照射される。ここまでは通常のSEMと同じであるが、スピン偏極走査電子顕微鏡では試料近辺に2次電子収集光学系805を配置し、極力多くの2次電子806を搬送し、それらのスピンを分解する必要がある。そのため、2次電子806を搬送する2次電子搬送光学系807を配置し、それら光学系のレンズ特性を調節しながらスピン検出系に搬送しなくてはいけない。2次電子収集光学系805並びに2次電子搬送光学系807の各電子レンズに印加するべき電圧の一例を図に示している。   FIG. 8 shows an embodiment of a spin-polarized scanning electron microscope equipped with the charged particle spin detector described above. A spin-polarized scanning electron microscope is a device that obtains a magnetic domain image by mapping the degree of spin polarization of secondary electrons emitted from a magnetic sample. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-177539 It has been published. The primary electron beam 802 emitted from the electron gun 801 is irradiated to the sample 804 set on the sample stage 803. Up to this point, it is the same as a normal SEM, but in a spin-polarized scanning electron microscope, a secondary electron collecting optical system 805 is arranged near the sample, carrying as many secondary electrons 806 as possible, and resolving those spins. There is a need. Therefore, a secondary electron transport optical system 807 that transports the secondary electrons 806 must be arranged and transported to the spin detection system while adjusting the lens characteristics of these optical systems. An example of voltages to be applied to the respective electron lenses of the secondary electron collecting optical system 805 and the secondary electron transport optical system 807 is shown in the drawing.

2次電子806はその後スピン回転器808に到達し、検出したい電子スピンの成分を荷電粒子スピン検出器809で検出可能な方向に回転させた後、荷電粒子スピン検出器809へ搬送される。スピン回転器808は前述した実施例2のように2つ搭載すると、どの方向のスピンも検出可能方向に向けてやることができる。荷電粒子スピン検出器809は、例えば拡大図で示しているように、図7に示した実施例4に示したような構造を持つものが良い。   The secondary electrons 806 then reach the spin rotator 808, rotate the component of the electron spin to be detected in a direction that can be detected by the charged particle spin detector 809, and then be transported to the charged particle spin detector 809. If two spin rotators 808 are mounted as in the second embodiment, the spins in any direction can be directed in the detectable direction. The charged particle spin detector 809 preferably has a structure as shown in the fourth embodiment shown in FIG. 7, for example, as shown in an enlarged view.

荷電粒子スピン検出器809からの信号は、信号処理部である信号処理システム810に入って、画像処理部である画像処理システム811で磁区像が作成される。この画像処理システム812は、スピン回転器808も制御し、どの方向のスピンを画像化するかを選択できるようにしておく。またこの画像処理システム811は、電子銃801を制御する電子線コントローラー812にも繋がっており、1次電子線802の試料上の位置と信号処理システム810からの信号を融合させて磁区像を作り出している。尚、1次電子線802や試料ステージ803、試料804、2次電子806、2次電子収集光学系805、2次電子搬送光学系807、スピン回転器808、荷電粒子スピン検出器809を覆っている真空チャンバは本図では省略している。上記のスピン偏極走査電子顕微鏡は既に報告されている技術ではあるが、上述した荷電粒子スピン検出器809を搭載することにより、従来よりも格段にS/Nの良いデータを得ることができ、また短時間での大量のデータ取得が可能なスピン偏極走査電子顕微鏡を提供できることとなる。   A signal from the charged particle spin detector 809 enters a signal processing system 810 that is a signal processing unit, and a magnetic domain image is created by an image processing system 811 that is an image processing unit. The image processing system 812 also controls the spin rotator 808 so that it can select which direction spins are imaged. This image processing system 811 is also connected to an electron beam controller 812 that controls the electron gun 801, and creates a magnetic domain image by fusing the position of the primary electron beam 802 on the sample with the signal from the signal processing system 810. ing. It covers the primary electron beam 802, the sample stage 803, the sample 804, the secondary electron 806, the secondary electron collection optical system 805, the secondary electron transport optical system 807, the spin rotator 808, and the charged particle spin detector 809. The vacuum chamber is omitted in this figure. Although the above-mentioned spin-polarized scanning electron microscope is a technique that has already been reported, by installing the above-mentioned charged particle spin detector 809, it is possible to obtain data with significantly better S / N than before, In addition, a spin-polarized scanning electron microscope capable of acquiring a large amount of data in a short time can be provided.

図9に、荷電粒子スピン検出器を搭載したアトムプローブ或は電界イオン顕微鏡の実施例を示す。アトムプローブは、先鋭化した試料に電界をかけて、それにより試料先端から放出される原子の放出方向や検出器までの飛行時間を計測することにより、原子位置や原子の種類を推定するものである。電界イオン顕微鏡は飛行時間の測定を行わない点以外は基本的にはアトムプローブと同じである。そのようなアトムプローブ用試料901を用意し、電界を印加して先端から原子902を放出させる。放出した原子のうち、特定の方向に飛び出した原子をアパーチャ903を用いて選択し、その原子を上述した荷電粒子スピン検出器904に取り込む。これにより、原子の持つ磁気モーメントの情報を、アトムプローブや電界イオン顕微鏡における測定で得る事ができ、従来は得られなかった各原子の磁化情報を得ることができる。   FIG. 9 shows an embodiment of an atom probe or a field ion microscope equipped with a charged particle spin detector. An atom probe estimates the atomic position and the type of atoms by applying an electric field to a sharpened sample and measuring the emission direction of the atoms emitted from the sample tip and the time of flight to the detector. is there. The field ion microscope is basically the same as the atom probe except that it does not measure the time of flight. Such an atom probe sample 901 is prepared, and an electric field is applied to emit atoms 902 from the tip. Among the emitted atoms, an atom that has jumped out in a specific direction is selected using the aperture 903, and the atom is taken into the charged particle spin detector 904 described above. As a result, information on the magnetic moment of the atoms can be obtained by measurement with an atom probe or a field ion microscope, and magnetization information of each atom that has not been obtained conventionally can be obtained.

図10に荷電粒子スピン検出器を搭載した走査イオン顕微鏡の実施例を示す。加速されたイオンビーム1001が試料1002に入射すると、試料表面の原子が弾き出され、真空内に飛び出していく。この原子1003を本発明における荷電粒子スピン検出器1004に取り込めば、試料のもつ磁化ベクトルに関しての知見を得ることができる。またこの方法により入射イオンビームを走査してやれば、試料表面上の磁区像を得ることができる。この際、イオンビーム1001により試料面から内部の電子も放出され、それを荷電粒子スピン検出器1004に導けば、スピン偏極走査電子顕微鏡と同様の情報を得ることができる。いうまでもなく、この実施例において、イオンビームを1次電子線に置き換えると、スピン偏極走査電子顕微鏡の実施例になる。   FIG. 10 shows an example of a scanning ion microscope equipped with a charged particle spin detector. When the accelerated ion beam 1001 enters the sample 1002, atoms on the sample surface are ejected and jump out into the vacuum. If this atom 1003 is incorporated into the charged particle spin detector 1004 of the present invention, knowledge about the magnetization vector of the sample can be obtained. If the incident ion beam is scanned by this method, a magnetic domain image on the sample surface can be obtained. At this time, internal electrons are also emitted from the sample surface by the ion beam 1001, and if the electrons are guided to the charged particle spin detector 1004, the same information as the spin-polarized scanning electron microscope can be obtained. Needless to say, in this embodiment, when the ion beam is replaced with a primary electron beam, an embodiment of a spin-polarized scanning electron microscope is obtained.

図11に、荷電粒子スピン検出器を搭載した光電子分光装置の実施例を示す。所定のエネルギーを持った電磁波1101が試料1102に入射すると、入射した電磁波のエネルギーに対応した準位にある電子が光電子1103として真空内に飛び出していく。この光電子1103を本発明における荷電粒子スピン検出器1104に取り込めば、試料1102を構成する各元素が持つ磁気モーメントに関しての知見を得ることができる。この方式はスピン分解光電子分光として知られている手法であるが(例えばジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス35号、6314頁(1996)(Jpn.J.Appl.Phys. 35, 6314 (1996))、従来はモット検出器を使っており、その感度は充分ではない。上述した荷電粒子スピン検出器1104を搭載することにより、従来よりも格段にS/Nの良いデータを得ることができ、また短時間での大量のデータ取得が可能となる。   FIG. 11 shows an embodiment of a photoelectron spectrometer equipped with a charged particle spin detector. When an electromagnetic wave 1101 having a predetermined energy enters the sample 1102, electrons at a level corresponding to the energy of the incident electromagnetic wave jump out into the vacuum as photoelectrons 1103. If this photoelectron 1103 is taken into the charged particle spin detector 1104 of the present invention, knowledge about the magnetic moment of each element constituting the sample 1102 can be obtained. This method is known as spin-resolved photoelectron spectroscopy (for example, Japanese Journal of Applied Physics No. 35, p. 6314 (1996) (Jpn. J. Appl. Phys. 35, 6314 (1996)). ), A Mott detector has been used in the past, and its sensitivity is not sufficient.By mounting the charged particle spin detector 1104 described above, it is possible to obtain data with much better S / N than before, A large amount of data can be acquired in a short time.

図12は、荷電粒子検出器の好適な構造に関する実施例である。N極の磁極1201とS極の磁極1202は図2に示した実施例の構造と同じであるが、ローレンツ力をキャンセルする電場を作り出す電極1203を双曲柱形状にして、結果として磁力線1204と電気力線1205ともに曲率をもったものにしている。これは、電場と磁場がお互いと荷電粒子軌道に直交している場においては、双曲線状の等電位面や等磁気ポテンシャル面が荷電粒子線の収束作用に有利であり(例えば、レビュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメンツ66号、5537頁(1995)(Rev.Sci.Instrum. 66, 5537 (1995))、本荷電粒子スピン検出器でも同様の効果が期待できるためである。   FIG. 12 shows an embodiment relating to a preferred structure of the charged particle detector. The N pole magnetic pole 1201 and the S pole magnetic pole 1202 are the same as the structure of the embodiment shown in FIG. 2, but the electrode 1203 for creating an electric field that cancels the Lorentz force is formed into a hyperbolic column shape, and as a result, Both electric field lines 1205 have a curvature. This is because the hyperbolic equipotential surface and the isomagnetic potential surface are advantageous for the charged particle beam convergence in a field where the electric field and the magnetic field are orthogonal to each other. This is because Scientific Instruments 66, page 5537 (1995) (Rev. Sci. Instrum. 66, 5537 (1995)), is expected to have the same effect with this charged particle spin detector.

図13は、荷電粒子検出器の他の構造に関する実施例である。N極の磁極1301とS極の磁極1302は図2の実施例の構造と同じであるが、ローレンツ力をキャンセルする電場を作り出す電極1303を双曲柱に近似した角柱にしている。図12のような双曲柱形状を正確に作ることは容易でないが、このような角柱形状で近似すると製作は容易である。結果として、得られる磁力線1304と電気力線1305ともに曲率をもったものになり、同様の効果を得ることができる。   FIG. 13 shows an embodiment relating to another structure of the charged particle detector. The N-pole magnetic pole 1301 and the S-pole magnetic pole 1302 have the same structure as that of the embodiment shown in FIG. 2, but the electrode 1303 for generating an electric field that cancels the Lorentz force is a prism that approximates a hyperbolic cylinder. Although it is not easy to accurately form a hyperbolic column shape as shown in FIG. 12, if it is approximated by such a prismatic shape, manufacture is easy. As a result, both the magnetic lines of force 1304 and the electric lines of force 1305 obtained have a curvature, and the same effect can be obtained.

中性子の磁気モーメントを分解するシュテルン・ゲルラッハ法の原理を説明するための、磁極とそれらが作り出す勾配のついた磁場並びに中性子線の位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the magnetic field with the gradient which they produce, the gradient which they produce, and a neutron beam for demonstrating the principle of the Stern-Gerlach method which decomposes | disassembles the magnetic moment of a neutron. 中性子の磁気モーメントを分解するシュテルン・ゲルラッハ法の原理を説明するための、磁場勾配より中性子線の磁気モーメントが受ける力を示す図である。It is a figure which shows the force which the magnetic moment of a neutron beam receives from the magnetic field gradient for demonstrating the principle of the Stern-Gerlach method which decomposes | disassembles the magnetic moment of a neutron. 本発明の荷電粒子スピン検出器の磁極、電極とそれらが作り出す磁場と電場の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the magnetic pole and electrode of the charged particle spin detector of this invention, and the magnetic field and electric field which they produce. 本発明の荷電粒子スピン検出器における、荷電粒子の磁気モーメントとそれらが磁場勾配より受ける力を示す図である。It is a figure which shows the magnetic moment of charged particles and the force which they receive from a magnetic field gradient in the charged particle spin detector of this invention. 本発明の荷電粒子スピン検出器で、荷電粒子の軌道が分解される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the track | orbit of a charged particle is decomposed | disassembled in the charged particle spin detector of this invention. 第1の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charged particle spin detector which concerns on a 1st Example. 第2の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charged particle spin detector which concerns on a 2nd Example. 第3の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charged particle spin detector which concerns on a 3rd Example. 第4の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charged particle spin detector which concerns on a 4th Example. 第5の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、スピン偏極走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spin polarization scanning electron microscope which mounts the charged particle spin detector based on a 5th Example. 第6の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、アトムプローブ或は電界イオン顕微鏡の要部構造を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the atom probe or field ion microscope which mounts the charged particle spin detector based on a 6th Example. 第7の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、走査イオン顕微鏡の要部構造を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the scanning ion microscope which mounts the charged particle spin detector based on a 7th Example. 第8の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、スピン分解光電子分光装置の要部構造を示す図である。It is a figure which shows the principal part structure of the spin decomposition photoelectron spectrometer which mounts the charged particle spin detector based on an 8th Example. 第9の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charged particle spin detector which concerns on a 9th Example. 第10の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charged particle spin detector which concerns on a 10th Example.

符号の説明Explanation of symbols

101…磁極(N極)、102…磁極(S極)、103…磁力線、104…中性子線入射方向、105…中性子とその磁気モーメントの向き、106…中性子が磁場勾配から受ける力の向き、
201…磁極(N極)、202…磁極(S極)、203…電極、204…磁力線、205…電気力線、206…荷電粒子とその磁気モーメントの向き、207…荷電粒子が磁場勾配から受ける力の向き、
301…磁極(N極)、302…磁極(S極)、303…電極、304…荷電粒子、305…荷電粒子検出器、
401…磁極(N極)、402…磁極(S極)、403…電極、404…磁極(S極)、405…磁極(N極)、406…電極、407…磁極(N極)、408…磁極(S極)、409…電極、410…磁極(N極)、411…磁極(S極)、412…電極、413…荷電粒子の光軸、
501…磁極(N極)、502…磁極(S極)、503…電極、504…荷電粒子、505…荷電粒子検出器、506…スピン回転器、507…スピン回転器、
601…荷電粒子、602…荷電粒子の磁気モーメント、603…磁極(S極)、604…磁極(N極)、605…磁場印加領域、606…磁極(N極)、607…磁極(S極)、608…磁気モーメントを持つ荷電粒子線到達点、609…磁気モーメントを持たない荷電粒子線収束点、
701…磁場勾配を作り出す磁極とローレンツ力をキャンセルする電極のユニット、702…荷電粒子、703…電子検出器、
801…電子銃、802…1次電子線、803…試料ステージ、804…試料、805…2次電子収集光学系、806…2次電子、807…2次電子搬送光学系、808…スピン回転器、809…荷電粒子スピン検出器、810…信号処理システム、811…画像処理システム、812…電子線コントローラー
901…アトムプローブ試料、902…試料から放出された原子、903…アパーチャ、904…荷電粒子スピン検出器、
1001…入射イオンビーム、1002…試料、1003…試料から放出した原子、1004…荷電粒子スピン検出器、
1101…電磁波、1102…試料、1103…試料から放出した光電子、1104…荷電粒子スピン検出器、
1201…磁極(N極)、1202…磁極(S極)、1203…電極、1204…磁力線、1205…電気力線、
1301…磁極(N極)、1302…磁極(S極)、1303…電極、1304…磁力線、1305…電気力線。
101: Magnetic pole (N pole), 102: Magnetic pole (S pole), 103: Magnetic field lines, 104: Direction of incident neutron beam, 105: Direction of neutron and its magnetic moment, 106: Direction of force that neutron receives from magnetic field gradient,
201 ... Magnetic pole (N pole), 202 ... Magnetic pole (S pole), 203 ... Electrode, 204 ... Line of magnetic force, 205 ... Line of electric force, 206 ... Direction of charged particle and its magnetic moment, 207 ... Charged particle receives from magnetic field gradient Direction of power,
301 ... Magnetic pole (N pole), 302 ... Magnetic pole (S pole), 303 ... Electrode, 304 ... Charged particle, 305 ... Charged particle detector,
401 ... Magnetic pole (N pole), 402 ... Magnetic pole (S pole), 403 ... Electrode, 404 ... Magnetic pole (S pole), 405 ... Magnetic pole (N pole), 406 ... Electrode, 407 ... Magnetic pole (N pole), 408 ... Magnetic pole (S pole), 409 ... Electrode, 410 ... Magnetic pole (N pole), 411 ... Magnetic pole (S pole), 412 ... Electrode, 413 ... Optical axis of charged particle,
501 ... Magnetic pole (N pole), 502 ... Magnetic pole (S pole), 503 ... Electrode, 504 ... Charged particle, 505 ... Charged particle detector, 506 ... Spin rotator, 507 ... Spin rotator,
601 ... Charged particle, 602 ... Magnetic moment of charged particle, 603 ... Magnetic pole (S pole), 604 ... Magnetic pole (N pole), 605 ... Magnetic field application area, 606 ... Magnetic pole (N pole), 607 ... Magnetic pole (S pole) 608 ... charged particle beam arrival point with magnetic moment, 609 ... charged particle beam convergence point without magnetic moment,
701 ... Magnetic pole creating magnetic field gradient and electrode unit canceling Lorentz force, 702 ... Charged particle, 703 ... Electron detector,
801 ... Electron gun, 802 ... Primary electron beam, 803 ... Sample stage, 804 ... Sample, 805 ... Secondary electron collection optical system, 806 ... Secondary electron, 807 ... Secondary electron transport optical system, 808 ... Spin rotator 809 ... charged particle spin detector, 810 ... signal processing system, 811 ... image processing system, 812 ... electron beam controller
901 ... Atom probe sample, 902 ... Atom emitted from sample, 903 ... Aperture, 904 ... Charged particle spin detector,
1001 ... incident ion beam, 1002 ... sample, 1003 ... atoms emitted from the sample, 1004 ... charged particle spin detector,
1101 ... electromagnetic wave, 1102 ... sample, 1103 ... photoelectrons emitted from the sample, 1104 ... charged particle spin detector,
1201 ... Magnetic pole (N pole), 1202 ... Magnetic pole (S pole), 1203 ... Electrode, 1204 ... Magnetic field lines, 1205 ... Electric field lines,
1301 ... Magnetic pole (N pole), 1302 ... Magnetic pole (S pole), 1303 ... Electrode, 1304 ... Magnetic field lines, 1305 ... Electric field lines.

Claims (17)

荷電粒子スピン検出器であって、
勾配を有する磁場を入射荷電粒子に対して印加するための一対の磁極と、
前記荷電粒子が前記磁場から受けるローレンツ力をキャンセルする電場を前記荷電粒子に印加するための一対の電極とを備え、
前記磁場の勾配と前記荷電粒子が持つ磁気モーメントの相互作用によって、前記荷電粒子の磁場方向の磁気モーメントを分解する、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
A charged particle spin detector comprising:
A pair of magnetic poles for applying a magnetic field having a gradient to the incident charged particles;
A pair of electrodes for applying to the charged particles an electric field that cancels the Lorentz force that the charged particles receive from the magnetic field;
The magnetic moment in the magnetic field direction of the charged particles is decomposed by the interaction between the gradient of the magnetic field and the magnetic moment of the charged particles.
A charged particle spin detector.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の磁極のうち一方の磁極は、前記荷電粒子の軌道側に凹面を備えた、ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 1,
One of the pair of magnetic poles is provided with a concave surface on the orbit side of the charged particle, and the charged particle spin detector.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の磁極のうち一方の磁極は、前記荷電粒子の軌道側に凸面を備えた、ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 1,
One of the pair of magnetic poles is provided with a convex surface on the orbit side of the charged particle, and the charged particle spin detector.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の電極が、互いに傾斜させて配置された2枚の平板電極である、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 1,
The pair of electrodes are two plate electrodes arranged to be inclined with respect to each other.
A charged particle spin detector.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の電極の断面形状が、双曲柱あるいは角柱である、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 1,
The cross-sectional shape of the pair of electrodes is a hyperbolic column or a prism.
A charged particle spin detector.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の磁極と前記一対の電極とが前記荷電粒子の進行方向に複数配列され、
配列された複数の前記一対の磁極の極性と前記一対の電極に印加される電位の極性とが、前記荷電粒子の進行方向に対して互いに異なる、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 1,
A plurality of the pair of magnetic poles and the pair of electrodes are arranged in the traveling direction of the charged particles,
The polarity of the plurality of the pair of magnetic poles arranged and the polarity of the potential applied to the pair of electrodes are different from each other with respect to the traveling direction of the charged particles,
A charged particle spin detector.
請求項6に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
複数の前記一対の電極と前記一対の磁極とが円周上に配列され、
荷電粒子軌道を前記円周上で所定の回数回転させることにより、磁場勾配による磁気モーメント分解効果を増強する、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 6,
A plurality of the pair of electrodes and the pair of magnetic poles are arranged on a circumference;
By rotating the charged particle trajectory a predetermined number of times on the circumference, the magnetic moment decomposition effect due to the magnetic field gradient is enhanced.
A charged particle spin detector.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記荷電粒子が前記荷電粒子スピン検出器に入射する前に、荷電粒子スピンの向きを回転させる機構を保有し、当該機構を用いて任意の方向の荷電粒子スピンを検出できる、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 1,
Before the charged particle enters the charged particle spin detector, it has a mechanism for rotating the direction of the charged particle spin, and the charged particle spin in any direction can be detected using the mechanism.
A charged particle spin detector.
請求項8に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記荷電粒子スピンの向きを回転させる機構が、電場と磁場を直交させる機構を持つウィーンフィルタタイプのものを含む、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 8,
The mechanism for rotating the direction of the charged particle spin includes a Wien filter type having a mechanism for orthogonally crossing an electric field and a magnetic field,
A charged particle spin detector.
請求項8に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記電子スピンの向きを回転させる機構が、2つのスピン回転器で構成され、少なくとも1つの前記スピン回転器がウィーンフィルタタイプである、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
The charged particle spin detector according to claim 8,
The mechanism for rotating the direction of the electron spin is composed of two spin rotators, and at least one of the spin rotators is a Wien filter type.
A charged particle spin detector.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とするスピン分解光電子分光装置。
The charged particle spin detector according to claim 1.
A spin-resolved photoelectron spectrometer characterized by that.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とするアトムプローブ顕微鏡。
The charged particle spin detector according to claim 1.
An atom probe microscope characterized by that.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とする電界イオン顕微鏡。
The charged particle spin detector according to claim 1.
A field ion microscope characterized by that.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とする走査イオン顕微鏡。
The charged particle spin detector according to claim 1.
A scanning ion microscope characterized by that.
請求項1に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。
The charged particle spin detector according to claim 1.
A spin-polarized scanning electron microscope.
電子のスピン偏極を検出し試料観測を行うスピン偏極走査電子顕微鏡であって、
1次電子線を放出する電子銃と、
前記1次電子線が照射される試料を搭載する試料ステージと、
前記1次電子線の照射により前記試料から放出される2次電子を収束する2次電子収集光学系と、
収集した前記2次電子を搬送する2次電子搬送光学系と、
搬送された前記2次電子のスピン偏極を検出するスピン検出器と、
前記スピン検出器の出力信号を信号処理する信号処理部を備え、
前記スピン検出器は、
勾配を有する磁場を前記2次電子に対して印加する一対の磁極と、
前記2次電子が前記磁場から受けるローレンツ力を相殺する電場を前記2次電子に印加するための一対の電極とを備えた、
ことを特徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。
A spin-polarized scanning electron microscope that detects electron spin polarization and observes a sample,
An electron gun that emits a primary electron beam;
A sample stage carrying a sample irradiated with the primary electron beam;
A secondary electron collecting optical system that converges secondary electrons emitted from the sample by irradiation of the primary electron beam;
A secondary electron transport optical system for transporting the collected secondary electrons;
A spin detector for detecting spin polarization of the transported secondary electrons;
A signal processing unit for processing the output signal of the spin detector;
The spin detector is
A pair of magnetic poles for applying a magnetic field having a gradient to the secondary electrons;
A pair of electrodes for applying to the secondary electrons an electric field that cancels out the Lorentz force received by the secondary electrons from the magnetic field;
A spin-polarized scanning electron microscope.
請求項16に記載のスピン偏極走査電子顕微鏡であって、
前記2次電子搬送光学系と前記スピン検出器との間に、前記2次電子の電子スピンの向きを回転させる機構を設置した、
ことを特徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。
The spin-polarized scanning electron microscope according to claim 16,
A mechanism was installed between the secondary electron transport optical system and the spin detector to rotate the direction of electron spin of the secondary electrons.
A spin-polarized scanning electron microscope.
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