JP2009216387A - 磁気構造解析方法とそれに使用するスピン偏極イオン散乱分光装置 - Google Patents
磁気構造解析方法とそれに使用するスピン偏極イオン散乱分光装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】試料から散乱した散乱イオン強度を入射イオン種のスピン別に計測し、その計測データにより試料表面の磁気構造を解析する。 スピン偏極イオンを発生させるスピン偏極イオン発生部と、前記スピン偏極イオン発生部からのスピン偏極イオンを所望のエネルギーで試料表面に入射させるスピン偏極イオンビームラインと、試料を保持する真空槽と、前記真空槽内に位置して、前記試料に照射されて散乱したスピン偏極イオンを計測する計測器よりなる。
【選択図】図1
Description
他方、スピン偏極光電子分光法(文献3)やスピン偏極準安定原子脱励起分光法(文献4)などの従来技術は表面敏感性を有するが、元素識別能力がないため、元素を選別した磁気構造解析は不可能であった。
このように、従来技術では、表面数原子層の元素を選別した磁気構造解析は不可能であった。
また、従来のイオン散乱分光法(文献5)では、表面・界面の組成分析や構造解析は可能であったが、試料表面・界面のスピン解析は不可能であった。
要するに、表面や界面の磁気構造の解明は、新規デバイス開発等において重要な課題となっているが、従来の分析技術では、最表面2〜3原子層程度の、元素と原子層とを選別した磁気構造解析は不可能であった。
Physical Review 50 (1951) 912, C.G.Shull 日本物理学会誌 55 (2000) 20、今田真 Journal of Physics: Condensed Matter 10 (1998) 95, P.D.Johnson Physical Review Letters 52 (1984) 380, M. Onellion Journal of Applied Physics 38 (1967) 340, D.P. Smith Review of Modern Physics 44 (1972) 169, W. Happer Physical Review Letters 22 (1969) 629, L.D. Schearer Japanese Journal of Applied Physics 24 (1985) 1249.
このため、最表面2〜3原子層程度の深さ領域における磁気構造解析が可能となった。
また、入射イオン種としては、入射イオン種の試料表面における中性化確率が表面の磁気構造に依存することにより、当該結果を得たのであるから、このような現象を発現するものとして、ヘリウムイオンに限らず、電子スピン偏極可能なすべてのイオン(例えばCd+、Sr+、Zn+、Ba+)や原子(例えば、Li、Na、K、Rb、Cs(文献6,7))を使用することが出来る。
前記スピン偏極イオン発生部は、光ポンピング照射光(1)を、ヘリウムガス導入口(2)からヘリウムガスを導入した高周波ヘリウムイオン源(3)へ照射し、スピン偏極ヘリウムイオンを発生させるようにしてある。
発生させたスピン偏極ヘリウムイオンは、差動排気ポート(4,5)を備えた偏極ヘリウムイオンビームライン(6)を用いて、超高真空槽(7)内に設置された試料(8)に所望のエネルギーで入射する。イオンのエネルギーは、スピン偏極ヘリウムイオンをイオン源(3)からビームライン(6)へ引き出す際に用いる電場によって制御する。入射イオンの試料表面への入射角度は、試料(8)を入射イオンビームと垂直な方向に回転することで制御する。
入射イオンの一部は試料表面における中性化を免れて散乱し、この散乱イオンは、前記計測器である静電アナライザ(9)で検出される。
その検出信号はコンピュータ(10)で処理された。
(イ)試料を磁場の方向と平行にパルス磁化した。
(ロ)磁化と平行にスピン偏極したヘリウムイオンの散乱強度を、静電アナライザ(9)を用いて、一定時間計測した。
(ハ)磁化と反平行にスピン偏極したヘリウムイオンの散乱強度を、静電アナライザ(9)を用いて、(イ)と同時間計測した。
(ニ)時間変化の効果を除去するために、(イ)と(ロ)の計測を100回以上繰り返した。
(ホ)一連の測定後に、(イ)と(ロ)の繰り返し測定で求めた信号強度を、コンピュータ(10)を用いて、スピンの向き別に積算して、最終的に求める散乱イオン強度とした。
ただし、E1、E0は、入射エネルギーと散乱エネルギー、M1とM2は入射イオンと標的原子の質量、θは散乱角である。磁化の方向に平行にスピン偏極したヘリウムイオンの散乱強度をNHe+ ↑、反平行のそれをNHe+ ↓とした場合に、スピン偏極イオン散乱分光スペクトル(ロ)を(NHe+ ↑− NHe+ ↓)と定義した。各点は実験値、実線は5点隣接平均である。このスペクトル(ロ)の鉄と酸素のそれぞれのピーク位置に於いて、有意な信号強度が得られ、鉄と酸素が偏極していることが示される。さらに、入射ビームの偏極率をPHe+として、(NHe+ ↑− NHe+ ↓)/{PHe+(NHe+ ↑+ NHe+ ↓)}と定義されるスピン非対称率が、鉄(1272〜1290 eV)と酸素(630〜690 eV)に対して求められ、元素を選別したスピン解析が示された。
2.ヘリウムガス導入口
3.高周波ヘリウムイオン源
4.5.差動排気ポート
6.偏極ヘリウムイオンビームライン
7.超高真空槽
8.試料
9.静電アナライザ
10.コンピュータ(信号処理)
Claims (2)
- スピン偏極イオンを試料に入射して、その散乱イオンを計測して磁気構造を解析する方法であって、前記散乱イオン強度を入射イオン種のスピン別に計測し、試料に入射するイオンの中性化確率のスピン依存から試料表面の磁気構造を解析する方法
- 請求項1に記載の方法に使用するスピン偏極イオン散乱分光装置であって、スピン偏極イオンを発生させるスピン偏極イオン発生部と、前記スピン偏極イオン発生部からのスピン偏極イオンを所望のエネルギーで試料表面に入射させるスピン偏極イオンビームラインと、試料を保持する真空槽と、前記真空槽内に位置して、前記試料に照射されて散乱したスピン偏極イオンを計測する計測器よりなることを特徴とするスピン偏極イオン散乱分光装置。
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