JPH04206427A

JPH04206427A - スピン検出器

Info

Publication number: JPH04206427A
Application number: JP2337079A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Koike; 和幸小池; Takashi Furukawa; 古川　貴司; Hideo Matsuyama; 秀生松山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-28
Also published as: EP0490170A3; US5166522A; EP0490170A2; DE69116835T2; EP0490170B1; DE69116835D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電子線の偏極ベクトルの測定にかがわり、特
に２次元面内での方向の検出に好適なスピン検出器に係
わる。

〔従来の技術］ターゲットによる被測定電子線の吸収もしくは散乱を用
いて偏極ベクトルの方向と大きさを検出するスピン検出
器は、″電子スピン偏極率検出器゛′（小池他、特許顆
間５８−１２３２４０）に開示されている。この方法で
は、検出器の中心軸にそって入射した被測定電子線の軌
道を曲げて一度中心軸から離し、その後再び曲げて中心
軸に対しである角度を持ってターゲツト面に入射させ、
さらにこの入射角と入射位置が変わらないよう、電子軌
道を中心軸周りに回転させる。

しかし入射角と入射位置が変えずに軌道を回転させるこ
とは容易でなく、またターゲットとして金蒸着膜を用い
ているため検出感度が低い。ターゲットとして強磁性体
を用いたスピン検出器はＴｈ。

Ｄｏｄ　を他ユーロフィジイクスレター（Ｅｕｒｏｐｈ
ｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ）６（４）　１９８８．３７５
に開示されている。この方法によると、金蒸着膜をター
ゲットとして用いた場合より一桁近く高い感度で偏極ベ
クトルの一成分を検出できるが、−回の測定では偏極ベ
クトルの大きさと方向の同時検出はできない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、電子線の角度や位置を合わせるための
高度な技術を用いることなく、偏極ベクトルの大きさと
方向を高感度で同時検出できるスピン検出器を提供する
ことにある。

〔課題が解決するための手段〕

上記目的は、ターゲットとして強磁性体を用い、電子線
の偏極ベクトル、もしくは電子線の軌道、もしくはター
ゲットの磁化ベクトルを検出器の中心軸の周りで移動さ
せ、ターゲットに吸収される電子線、もしくはターゲッ
トによって散乱される電子線の電流値の直流分の大きさ
と、交流会の大きさ、および偏極ベクトル、もしくは電
子軌道、もしくは磁化ベクトルの移動信号と交流会との
位相差を検出し、交流会の大きさを直流分で除すことに
より達成される。

［作用］強磁性体ターゲットに吸収される電子線、もしくはター
ゲットによって散乱される電子線の直流値は、被測定電
子線の偏極ベクトルとターゲットの磁化ベクトルの内積
に依存して変化する。したがって、偏極ベクトル、もし
くは軌道、もしくは磁化ベクトルを移動させ、ターゲッ
トに吸収される電子線、もしくはターゲットによって散
乱される電子線の電流値の変化分を、偏極ベクトル、も
しくは電子軌道、もしくは磁化ベクトルの移動に関する
信号を参照信号とじて、ロックイン方式で検出し、その
大きさと位相を求めれば、その位相から偏極ベクトルの
方向が分かり、その大きさと′　全吸収電流もしくは全
散乱電流の比から偏極ベクトルの大きさが分かる。

［実施例］以下、図を用いて、本発明によるスピン検出器の構成及
びその動作原理を詳細に説明する。

第１図は本発明によるスピン検出器の第一〇実施例の基
本構成を示したものである。

本発明の装置は、磁場発生コイル３と静電レンズ４から
なる偏極ベクトル回転器５２強磁性ターゲットである鉄
単結晶７．ターゲットの磁化６を一方向に揃える磁場発
生器８．偏極ベクトル回転器にベクトルの回転信号を与
える発振器９．ターゲットに吸収される電流を検出増幅
する電流増幅器１１９発振器からの信号を参照信号とし
て吸収電流の交流会と直流分を検出するロックインアン
プ１０．吸収電流の直流分を検出する電流計１２゜吸収
電流の交流会と直流分の比を計算する割算回路１３から
構成される。ここで偏極ベクトルの回転は偏極ベクトル
回転器内部の磁Ｓ発生コイルの電流値を変えて行なうが
、このコイルは同時にレンズ作用も有するため、電子線
の収束特性も変わってしまう。そこで、偏極ベクトルの
方向には影響を与えない静電レンズを用いて、磁場強度
に応じて静電レンズ強度を変える動的収束調整をおこな
い、電子線の収束特性を一定に保っている。今検出器の
中心軸にそって被測定電子線２を入射し、第２図に示す
発振器９からの鋸波電流１ｓを磁場発生コイルに流して
、この電子線の偏極ベクトルを、中心軸の周りに−様な
角速度で回転させると、ターゲットによる吸収電流の交
流会ｉａは第２図に示すように正弦波的に変化する。こ
の交流信号の位相と振幅を、発振器からの信号を参照信
号としてロックインアンプによって検出すると、参照信
号と検出交流信号の位相差△ψは検出器に入射する電子
線の偏極ベクトル１とターゲットの磁化ベクトル６のな
す角となり、偏極ベクトルの方向が検出できる。また割
算回路１３を用いて、交流信号の振幅Ｉａを直流電流計
が検出した電流Ｉｄで除すると、偏極ベクトル１の大き
さが求まる。

第３図は本発明のよるスピン検出器の第二の実施例の基
本構成を示したものである。

本スピン検出器は第１図の吸収電流の増幅器の代わりに
、散乱電子１８を増倍検出するための、グリッド１６．
マイクロチャンネルプレート１５゜およびアノード１４
よりなるＭＣＰアセンブリ１７、その出力電流を更に増
幅する増幅器１１を備えている。第一の実施例と同様入
射電子線２の偏極ベクトル１を回転させなからターゲッ
ト７に照射し散乱電子１８を検出すると、第４図に示す
ように、第一の実施例とは極性が反転した交流会１ａを
有する８力電流が得られる。第一の実施例と同様、ロッ
クインアンプ１０によって、この交流会の位相差△ψと
振幅Ｉａを検出し、電流計１２で直流分Ｉｄを検出する
ことにより、偏極ベクトルの大きさと方向が検出できる
。このスピン検出器は第一の実施例のスピン検出器より
高価となるが、信号雑音比を大きくとれるため、高精度
の偏極ベクトルが検出できる。

第５図は本発明によるスピン検出器の第三の実施例の基
本構成を示したものである。

本スピン検出器は第１図の鉄結晶ターゲット７の代わり
にアモルファス鉄合金ターゲット１９を有し、偏極ベク
トル回転器５の代わりに、ターゲットの磁化ベクトルを
回転させるための回転磁場発生器２０を有する。全検出
器の中心軸にそって被測定電子線２を入射し、発振器９
からの信号によってターゲットの磁化ベクトル６を検出
器の中心軸の周りに−様な角速度で回転すると、ターゲ
ット１９による吸収電流の交流会は第２図と同様に正弦
波的に変化する。第一の実施例と同様、コックインアン
プによって、この交流会の位相差と振幅を検出し、電流
計で直流分を検出することにより、偏極ベクトルの大き
さと方向が検出できる。

このスピン検出器は被測定電子線の動的収束調整を必要
としないため、第一、第二の実施例のスピン検出器と比
べ、取扱いが容易となる。

第６図は本発明によるスピン検出器の第四の実施例の基
本構成を示したものである。

本スピン検出器は第１図の偏積ベクトル回転器５０代わ
りに、入射電子線２の軌道を検出器の中“心細から傾け
、その中心軸の周りに回転させる電子軌道回転器２１、
磁化が一方向に揃った鉄単結晶ターゲット７の代わりに
、円周方向に磁化６か揃った環状アモルファス鉄合金タ
ーゲット２２を有する。全検出器の中心軸にそって被測
定電子線２を入射し、その電子線照射位置が環状ターゲ
ット２２上で回転する様、回転器２１によって電子軌道
を回転させると、第一、第三の実施例と同様、ターゲッ
トによる吸収電流の交流会は正弦波的に変化する。第一
、第三の実施例と同様、ロックインアンプ１０によって
、この交流会の位相差と振幅を検出し、電流計１２で直
流分を検出することにより、偏極ベクトルの大きさと方
向が検出できる。このスピン検出器は軸対称性の高いタ
ーゲットを必要とするが、ターゲットに回転磁場を印加
する必要がないため、磁場発生器からの漏洩磁場による
、入射電子や散乱電子の不必要な軌道の曲がりをなくす
ことができる。

第７図は本発明によるスピン検出器の第五の実施例の基
本構成を示したものである。

本スピン検出器は第６図の偏極ベクトル回転器２１の代
わりに電子軌道偏向器２３．ターゲット２２の代わりに
、４つの鉄単結晶ターゲット２５゜２６．２７．２８か
らなるターゲツト群２９を有する。ここで、Ｘ＋３’＋
Ｚ軸からなる直交座標系を考え、検出器の中心軸をＺ軸
にとると、この時ターゲツト群２９の４つの鉄単結晶タ
ーゲットＭ、、Ｍ、、Ｍ４が次式で表されるような配置
を持つものとする。

Ｍ、　＝Ｍ　（ｃｏｓ４５°、　　　　Ｏ、−５ｉｎ４
５°）Ｍ、＝Ｍ　（０、−ｃｏｓ４５°、　　５ｊｎ４
５’　）Ｍ、＝Ｍ　（−ｃｏｓ４５’　、　　　　Ｏ、
−５ｉｎ４５″′）Ｍ、＝Ｍ　（○　、　　ｃｏｓ４５
°、　　５ｉｎ４５’　）ここでＭは磁化の大きさを表
す。

全検出器の中心軸にそって被測定電子線２を入射し、ま
ずその電子線照射位置が、ターゲット２５と２７との間
での−様な周期Ｌ１　で往復するように電子軌道を走査
する。次に、ターゲット２６と２８との間での−様な周
期Ｌ２　で往復するように電子軌道を走査する。さらに
、これらの走査を−様な周期も、で交互に行う。この電
子軌道の走査は発振器２４がらの信号を走査器２３に流
して行うものとする。このような走査を行う時、ターゲ
ツト群２９による吸収電流は第８図に示すように周期的
に変化する。このうちターゲット２５と２７とによって
得られる吸収電流の交流信号の振幅１ａ、　　と位相差
とを、発信器２４からの周期ｔ１　の信号を参照信号と
してロックインアンプ１０によって検出し、電流計１２
により直流分Ｉｄを検出することにより、偏極ベクトル
のＸ成分を検出できる。同様に、ターゲット２６と２８
とによって得られる吸収電流の交流信号の振幅ユａ、　
　と位相差とを、発振器２４からの周期し２の信号を参
照信号としてロックインアンプ１０によって検出し、電
流計１２により直流分１ｄを検出することにより、偏極
ベクトルのＸ成分を検出できる。さらに、ターゲット２
５と２７とによって得られる吸収電流の平均値とターゲ
ット２６と２８とによって得られる吸収電流の平均値と
が周期的に変化するが、その交流信号の振幅１ａ、及び
位相差を、発振器２４からの周期ｔ、の信号を参照信号
としてロックインアンプ１０によって検出し、電流計１
２により直流分Ｉｄを検出することにより、偏極ベクト
ルのＸ成分を検出できる。

第一、第二、第三、第四の実施例が偏極ベクトルの２成
分しか同時検出できないことに対しで、二のスピン検出
器においては偏極ベクトルの３成分の同時検出が可能で
ある。

この他、第三、第四、第五の実施例においては、第二の
実施例と同様ターゲットからの散乱電子を検出する方法
によって高精度の偏極ベクトル検出ができる。

本発明のスピン検出器ではターゲット表面が清浄である
ことが要求される。第９図はこの清浄化法の一例を示し
たものである。

イオン銃３０からのイオンビーム３１によってターゲッ
ト表面をスパッタすると共に、ターゲット背面に配置し
た加熱フィラメント３２からの輻射熱によってターゲッ
トを加熱し、清浄表面を得る。

第１０図は、さらに、本発明の他の実施例を示す。構造
的には第１図のスピン検出器と同一であるが、第１図の
スピン検出器が、電子線の偏極ベクトルを、−様な角速
度で回転させるのに対し、本実施例では偏極ベクトルを
９０°すつステップ的に回転させる。この時ターゲット
７に吸収される電流ｉａは、第１１図に示すようにステ
ップ的に変化する。この電流信号を、回転信号から得ら
れる位相が９０°異なる２つの参照波信号ｓｘ。

ｓｙ（第１１図）を用いてロックインアンプ１０により
検波すると、偏極ベクトルの２つの成分Ｐｘ、、Ｐｙに
比例した信号、Ａ　ｘ　、　Ａ　ｙが得られる。Ａｘ、
Ａｙを用いて演算器３３により△φ＝ｔ　ａｎ−’　（
Ａｘ／Ａｙ）を計算すると、△φは入射電子線の偏極ベ
クトルとターゲットの磁化ベクトル゛のなす角となる。

また　Ａ　ｘ　”　＋　Ａ）′割算器１３により、直流
電流計１２が検出した電流Ｉｄで除すると、偏極ベクト
ルの大きさが求まる。

また、第三の実施例に手本法を適用し、ターゲットの磁
化ベクトルを９０°ずっステップ的に回転させることに
よって、手本手法と同様に偏極ベクトルの方向と大きさ
を検出することができる。

この手法は、鉄単結晶（００１）面のように、磁化容易
軸が四回対称の場合特に有効である。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明によれば、電子線の角度や
位置を合せるための高度な調整技術を用いることなく、
偏極ベクトルの大きさと方向を高感度で、しかも同時検
出でき、その学術的、工業的な価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図は本発明によるスピン検出器の実施例
の基本構成図とその説明用曲線図である。１・・・偏極ベクトル、２・・・被測定電子線、３・・
磁場発生コイル、４・・・静電レンズ、５・・・偏極ベ
クトル回転器、６・・・磁化ベクトル、７・・・磁性鉄
単結晶ターゲット、８・・・磁場発生器、９・・・回転
信号発信器、ｌ○・・・ロックインアンプ、１１・・・
電流増幅器、１２・・・電流計、１３・・・割算回路、
１４・・・アノード、１５・・・マイクロチャンネルプ
レート、１６・・グリッド、１７・・・ＭＣＰアセンブ
リ、１８・・・散乱電子、１９・・・アモルファス鉄合
金ターゲット、２０・・・回転磁場発生器、２１・・・
電子軌道回転器、２２・・・環状アモルファス鉄合金タ
ーゲット、２３・・・電子軌道偏向器、２４・・・発振
器、２５〜２８・・・磁性鉄羊結晶ターケラト、２９・
ターケラト群、３０・イオン銃、３］　・イオンビーム
、３２・・・フイラメン■　１　図第２図不　３　図 ′￥；　５　図ｖ６図Ｋ　　′７　　図第３図￥；　ｑ　図 ’Ｚ／θ　国

Claims

【特許請求の範囲】

１、強磁性体ターゲットに吸収される電子線、もしくは
該ターゲットによって散乱される電子線の電流値が、該
ターゲットに入射する電子線のスピン状態に依存するこ
とを利用したスピン検出器において、検出器の中心軸に
そって入射した電子線の偏極ベクトル、もしくは電子線
の軌道、もしくは該ターゲットの磁化ベクトルを該中心
軸の周りで移動させる手段と、該ターゲットに吸収され
る電子線、もしくは該ターゲットによって散乱される電
子線の電流値の直流分の大きさと、交流分の大きさ、お
よび該偏極ベクトル、もしくは該軌道、もしくは該磁化
ベクトルの移動信号と該交流分との位相差を検出する手
段と、該交流分の大きさを該直流分で除する手段とを有
することを特徴とするスピン検出器。