JPH10106465A - スピン偏極電子線源、その作成方法及び測定装置 - Google Patents
スピン偏極電子線源、その作成方法及び測定装置Info
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- JPH10106465A JPH10106465A JP25435996A JP25435996A JPH10106465A JP H10106465 A JPH10106465 A JP H10106465A JP 25435996 A JP25435996 A JP 25435996A JP 25435996 A JP25435996 A JP 25435996A JP H10106465 A JPH10106465 A JP H10106465A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】特定方向のスピンを有する電子を放出するスピ
ン偏極電子線源に関し、微細領域に限定してスピン偏極
電子を照射することを可能にする。 【解決手段】針状基体１０１ｂの先端にスピン偏極電子
励起膜３が被着されてなることを特徴とする。
ン偏極電子線源に関し、微細領域に限定してスピン偏極
電子を照射することを可能にする。 【解決手段】針状基体１０１ｂの先端にスピン偏極電子
励起膜３が被着されてなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピン偏極電子線
源、その作成方法及び測定装置に関し、より詳しくは、
特定方向のスピンを有する電子を放出するスピン偏極電
子線源、その作成方法、及びスピン偏極電子線源を備え
た、物質内の電子のスピンの状態を検出する測定装置に
関する。
源、その作成方法及び測定装置に関し、より詳しくは、
特定方向のスピンを有する電子を放出するスピン偏極電
子線源、その作成方法、及びスピン偏極電子線源を備え
た、物質内の電子のスピンの状態を検出する測定装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の微細化や磁気記録媒体の高
記録密度化等の要求と、走査型トンネル顕微鏡法（ＳＴ
Ｍ）、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、透過型電子顕微
鏡法（ＴＥＭ）、低速電子線回折法（ＬＥＥＤ）又は光
電子分光法等に用いられる測定装置の精度向上とに伴
い、より微細な物質の構造を評価することが要求される
ようになってきている。
記録密度化等の要求と、走査型トンネル顕微鏡法（ＳＴ
Ｍ）、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、透過型電子顕微
鏡法（ＴＥＭ）、低速電子線回折法（ＬＥＥＤ）又は光
電子分光法等に用いられる測定装置の精度向上とに伴
い、より微細な物質の構造を評価することが要求される
ようになってきている。
【０００３】その一つとして、物質からの電子のスピン
状態を検出することにより、磁区観察を行ったり、物質
からの二次電子の偏極度を調べたりする必要がある。例
えば、磁気記録媒体の磁区観察を行う場合、走査型電子
顕微鏡法（ＳＥＭ）を用いたスピンＳＥＭがある。この
場合、通常のＳＥＭを用い、物質から放出される二次電
子のスピン状態を検出するスピン検出器を取り付けるこ
とにより観察が行われる。
状態を検出することにより、磁区観察を行ったり、物質
からの二次電子の偏極度を調べたりする必要がある。例
えば、磁気記録媒体の磁区観察を行う場合、走査型電子
顕微鏡法（ＳＥＭ）を用いたスピンＳＥＭがある。この
場合、通常のＳＥＭを用い、物質から放出される二次電
子のスピン状態を検出するスピン検出器を取り付けるこ
とにより観察が行われる。
【０００４】そして、電子ビームで照射された領域から
の二次電子について、そのスピン偏極度をスピン検出器
で検出して、磁区の違いを信号化する。このとき、電子
ビームの照射径は２０ｎｍ程度であり、実際には、スピ
ン検出器の感度（１０-4）を上げるため、２００ｎｍ
や、それ以上にビーム径を大きくして照射電流をかせ
ぎ、スピン検出を行わなければ、十分な測定が出来ない
ものである。
の二次電子について、そのスピン偏極度をスピン検出器
で検出して、磁区の違いを信号化する。このとき、電子
ビームの照射径は２０ｎｍ程度であり、実際には、スピ
ン検出器の感度（１０-4）を上げるため、２００ｎｍ
や、それ以上にビーム径を大きくして照射電流をかせ
ぎ、スピン検出を行わなければ、十分な測定が出来ない
ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気記録密
度が増すにつれて、一記録領域は微細化してきている。
しかし、従来例のスピンＳＥＭからなる磁区観察装置は
通常の電子ビームを用い、低感度のスピン検出を行うた
め、微小領域に照射領域を絞りこむことには限界があ
る。このため、一記録領域内の一磁区に相当する領域は
当然のこと、一記録領域にさえも、領域限定してスピン
偏極電子を照射することが困難になってきつつあり、精
度のよい磁区観察が困難になってきている。
度が増すにつれて、一記録領域は微細化してきている。
しかし、従来例のスピンＳＥＭからなる磁区観察装置は
通常の電子ビームを用い、低感度のスピン検出を行うた
め、微小領域に照射領域を絞りこむことには限界があ
る。このため、一記録領域内の一磁区に相当する領域は
当然のこと、一記録領域にさえも、領域限定してスピン
偏極電子を照射することが困難になってきつつあり、精
度のよい磁区観察が困難になってきている。
【０００６】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、微細領域に限定してスピン偏極
電子を照射することが可能なスピン偏極電子線源、その
作成方法及びスピン偏極電子線源を備えた測定装置を提
供するものである。
創作されたものであり、微細領域に限定してスピン偏極
電子を照射することが可能なスピン偏極電子線源、その
作成方法及びスピン偏極電子線源を備えた測定装置を提
供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、針状基体の先端にスピン偏極電子励起膜が被着
されてなることを特徴とするスピン偏極電子線源によっ
て解決され、第２の発明である、前記針状基体の材料は
ＧａＡｓ結晶体であることを特徴とする第１の発明に記
載のスピン偏極電子線源によって解決され、第３の発明
である、前記針状基体の材料はサファイアであることを
特徴とする第１の発明に記載のスピン偏極電子線源によ
って解決され、第４の発明である、前記スピン偏極電子
励起膜はＧａＡｓ膜であることを特徴とする第１の発明
に記載のスピン偏極電子線源によって解決され、第５の
発明である、前記スピン偏極電子励起膜は、前記針状基
体上に形成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形成
されたＣｓ2 Ｏ膜とからなることを特徴とする第１の発
明に記載のスピン偏極電子線源によって解決され、第６
の発明である、前記スピン偏極電子励起膜は、前記針状
基体上に形成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形
成されたボロンがドープされたＧａＡｓ膜と、該ボロン
がドープされたＧａＡｓ膜上に形成されたＣｓ2 Ｏ膜と
からなることを特徴とする第１の発明に記載のスピン偏
極電子線源によって解決され、第７の発明である、前記
スピン偏極電子励起膜は、前記針状基体上に形成された
Ａｌo.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜，ＩｎＧａＡｓ膜及びＧａＡｓ
Ｐ膜のうちから選ばれた半導体膜と、該半導体膜上に形
成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形成されたＣ
ｓ2 Ｏ膜とからなることを特徴とする第１の発明に記載
のスピン偏極電子線源によって解決され、第８の発明で
ある、第１乃至第７の発明のいずれかに記載のスピン偏
極電子線源を備え、該スピン偏極電子線源から供給され
るスピン偏極電子を被測定試料に照射することにより前
記被測定試料内の電子のスピンの状態を検出することを
特徴とする測定装置によって解決され、第９の発明であ
る、棒状基体の先端部分を細くし、針状基体を形成する
工程と、前記針状基体の先端部分にＧａＡｓ膜を形成す
る工程と、前記ＧａＡｓ膜を加熱しながらＡｒプラズマ
に曝して前処理する工程と、前記ＧａＡｓ膜上にＣｓ2
Ｏ膜を形成する工程とを有するスピン偏極電子線源の作
成方法によって解決される。
である、針状基体の先端にスピン偏極電子励起膜が被着
されてなることを特徴とするスピン偏極電子線源によっ
て解決され、第２の発明である、前記針状基体の材料は
ＧａＡｓ結晶体であることを特徴とする第１の発明に記
載のスピン偏極電子線源によって解決され、第３の発明
である、前記針状基体の材料はサファイアであることを
特徴とする第１の発明に記載のスピン偏極電子線源によ
って解決され、第４の発明である、前記スピン偏極電子
励起膜はＧａＡｓ膜であることを特徴とする第１の発明
に記載のスピン偏極電子線源によって解決され、第５の
発明である、前記スピン偏極電子励起膜は、前記針状基
体上に形成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形成
されたＣｓ2 Ｏ膜とからなることを特徴とする第１の発
明に記載のスピン偏極電子線源によって解決され、第６
の発明である、前記スピン偏極電子励起膜は、前記針状
基体上に形成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形
成されたボロンがドープされたＧａＡｓ膜と、該ボロン
がドープされたＧａＡｓ膜上に形成されたＣｓ2 Ｏ膜と
からなることを特徴とする第１の発明に記載のスピン偏
極電子線源によって解決され、第７の発明である、前記
スピン偏極電子励起膜は、前記針状基体上に形成された
Ａｌo.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜，ＩｎＧａＡｓ膜及びＧａＡｓ
Ｐ膜のうちから選ばれた半導体膜と、該半導体膜上に形
成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形成されたＣ
ｓ2 Ｏ膜とからなることを特徴とする第１の発明に記載
のスピン偏極電子線源によって解決され、第８の発明で
ある、第１乃至第７の発明のいずれかに記載のスピン偏
極電子線源を備え、該スピン偏極電子線源から供給され
るスピン偏極電子を被測定試料に照射することにより前
記被測定試料内の電子のスピンの状態を検出することを
特徴とする測定装置によって解決され、第９の発明であ
る、棒状基体の先端部分を細くし、針状基体を形成する
工程と、前記針状基体の先端部分にＧａＡｓ膜を形成す
る工程と、前記ＧａＡｓ膜を加熱しながらＡｒプラズマ
に曝して前処理する工程と、前記ＧａＡｓ膜上にＣｓ2
Ｏ膜を形成する工程とを有するスピン偏極電子線源の作
成方法によって解決される。
【０００８】本発明に係るスピン偏極電子線源において
は、針状基体の先端にスピン偏極電子励起膜が被着され
てなる。スピン偏極電子励起膜には、特定方向のスピン
を有する電子が光照射により励起される。上記スピン偏
極電子線源は、棒状基体の先端部分をエッチング等によ
り細くして針状基体を形成し、続いて針状基体の先端部
分にスピン偏極電子励起膜を被着することにより作成可
能である。
は、針状基体の先端にスピン偏極電子励起膜が被着され
てなる。スピン偏極電子励起膜には、特定方向のスピン
を有する電子が光照射により励起される。上記スピン偏
極電子線源は、棒状基体の先端部分をエッチング等によ
り細くして針状基体を形成し、続いて針状基体の先端部
分にスピン偏極電子励起膜を被着することにより作成可
能である。
【０００９】このとき、スピン偏極電子励起膜としてＧ
ａＡｓ膜とその上のＣｓ2 Ｏ膜とを含む多層膜を形成す
る場合、Ｃｓ2 Ｏ膜を形成する前にＧａＡｓ膜を加熱し
ながらＡｒプラズマに曝して前処理することにより、Ｇ
ａＡｓ膜表面を清浄にしてＧａＡｓ膜とＣｓ2 Ｏ膜との
間で良好な接合を形成することができる。これにより、
スピン偏極電子励起膜からスピン偏極電子が放出されや
すくなる。
ａＡｓ膜とその上のＣｓ2 Ｏ膜とを含む多層膜を形成す
る場合、Ｃｓ2 Ｏ膜を形成する前にＧａＡｓ膜を加熱し
ながらＡｒプラズマに曝して前処理することにより、Ｇ
ａＡｓ膜表面を清浄にしてＧａＡｓ膜とＣｓ2 Ｏ膜との
間で良好な接合を形成することができる。これにより、
スピン偏極電子励起膜からスピン偏極電子が放出されや
すくなる。
【００１０】本発明に係るスピン偏極電子線源は、針状
基体にスピン偏極電子励起膜が被着されており、先端が
細くなっているため、被測定試料へのスピン偏極電子の
照射領域を微小領域に限定することができる。また、針
状基体の材料としてサファイアを用いた場合、サファイ
アは透明であるため電子を励起する光照射をスピン偏極
電子線源の針先と反対側から行うことができる。これに
より、スピン偏極電子線源を走査型トンネル顕微鏡等の
測定装置に取り付けた場合、スピン偏極電子を励起する
ための光照射手段を、測定の邪魔にならないようにスピ
ン偏極電子線源の先端側及び側面側のみならず先端と反
対側に取り付けることができ、装置構成の自由度を高め
られる。
基体にスピン偏極電子励起膜が被着されており、先端が
細くなっているため、被測定試料へのスピン偏極電子の
照射領域を微小領域に限定することができる。また、針
状基体の材料としてサファイアを用いた場合、サファイ
アは透明であるため電子を励起する光照射をスピン偏極
電子線源の針先と反対側から行うことができる。これに
より、スピン偏極電子線源を走査型トンネル顕微鏡等の
測定装置に取り付けた場合、スピン偏極電子を励起する
ための光照射手段を、測定の邪魔にならないようにスピ
ン偏極電子線源の先端側及び側面側のみならず先端と反
対側に取り付けることができ、装置構成の自由度を高め
られる。
【００１１】スピン偏極電子励起膜としてサファイアの
針状基体上に被着されたＧａＡｓ膜の単層膜或いはＧａ
Ａｓ膜を有する多層膜を用いている。ＧａＡｓ膜とＣｓ
2 Ｏ膜とが針状基体側から順に積層された多層膜では、
Ｃｓ 2 Ｏ膜によりＧａＡｓ膜のエネルギバンドを曲げて
ＧａＡｓ膜からのスピン偏極電子のトンネル放出を容易
にし、偏極度の向上を図ることができる。
針状基体上に被着されたＧａＡｓ膜の単層膜或いはＧａ
Ａｓ膜を有する多層膜を用いている。ＧａＡｓ膜とＣｓ
2 Ｏ膜とが針状基体側から順に積層された多層膜では、
Ｃｓ 2 Ｏ膜によりＧａＡｓ膜のエネルギバンドを曲げて
ＧａＡｓ膜からのスピン偏極電子のトンネル放出を容易
にし、偏極度の向上を図ることができる。
【００１２】また、ＧａＡｓ膜と、ボロンがドープされ
たＧａＡｓ膜と、Ｃｓ2 Ｏ膜とが針状基体側から順に積
層された多層膜では、ボロンがドープされたＧａＡｓ膜
中において電子と正孔との相互作用が抑制されるため、
電子の寿命が長くなる。従って、特定方向のスピン偏極
電子の消滅を防止してスピン偏極の割合を理論値に近く
維持し、より理論値に近い偏極度でスピン偏極電子を放
出させることができる。
たＧａＡｓ膜と、Ｃｓ2 Ｏ膜とが針状基体側から順に積
層された多層膜では、ボロンがドープされたＧａＡｓ膜
中において電子と正孔との相互作用が抑制されるため、
電子の寿命が長くなる。従って、特定方向のスピン偏極
電子の消滅を防止してスピン偏極の割合を理論値に近く
維持し、より理論値に近い偏極度でスピン偏極電子を放
出させることができる。
【００１３】更に、Ａｌo.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜，ＩｎＧａ
Ａｓ膜及びＧａＡｓＰ膜のうちから選ばれた半導体膜
と、ＧａＡｓ膜と、Ｃｓ2 Ｏ膜とが前記針状基体側から
順に積層された多層膜では、Ａｌo.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜等
によりＧａＡｓ膜に結晶歪を生起し、これによりＧａＡ
ｓ膜からのスピン偏極電子のトンネル放出を容易にし、
偏極度の向上を図ることができる。
Ａｓ膜及びＧａＡｓＰ膜のうちから選ばれた半導体膜
と、ＧａＡｓ膜と、Ｃｓ2 Ｏ膜とが前記針状基体側から
順に積層された多層膜では、Ａｌo.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜等
によりＧａＡｓ膜に結晶歪を生起し、これによりＧａＡ
ｓ膜からのスピン偏極電子のトンネル放出を容易にし、
偏極度の向上を図ることができる。
【００１４】本発明に係るスピン偏極電子線源を備えた
測定装置においては、上記スピン偏極電子線源を備えて
いる。上記スピン偏極電子線源では被測定試料へのスピ
ン偏極電子の照射領域を微小領域に限定することが可能
であるので、それを備えた測定装置により物質内の電子
のスピンの状態を観察してより微細な領域の物質の構造
の情報を得ることが可能となる。
測定装置においては、上記スピン偏極電子線源を備えて
いる。上記スピン偏極電子線源では被測定試料へのスピ
ン偏極電子の照射領域を微小領域に限定することが可能
であるので、それを備えた測定装置により物質内の電子
のスピンの状態を観察してより微細な領域の物質の構造
の情報を得ることが可能となる。
【００１５】測定装置として、走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子
顕微鏡（ＴＥＭ）、低速電子線回折測定装置（ＬＥＥ
Ｄ）又は光電子分光測定装置に適用可能である。
（ＳＴＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子
顕微鏡（ＴＥＭ）、低速電子線回折測定装置（ＬＥＥ
Ｄ）又は光電子分光測定装置に適用可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 （１）第１の実施の形態 図１（ａ），（ｂ）を参照しながら、本発明の第１の実
施の形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について
説明する。図１（ａ），（ｂ）は斜視図である。
いて図面を参照しながら説明する。 （１）第１の実施の形態 図１（ａ），（ｂ）を参照しながら、本発明の第１の実
施の形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について
説明する。図１（ａ），（ｂ）は斜視図である。
【００１７】まず、図１（ａ）に示すように、濃度１×
１０19ｃｍ-3のＺｎがドープされた、横幅１ｍｍ×縦幅
１ｍｍ×長さ１０ｍｍ寸法のＧａＡｓ棒（棒状基体）２
１の先端部分をエッチング液（Ｈ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋
Ｈ2 Ｏ＝３：２：２）２２に浸漬してエッチングする。
先端部分１０１ｃが直径約５０ｎｍとなったところで、
エッチング液２２から取り出して、洗浄する。これによ
り、図１（ｂ）に示すように、針状基体２１ａが形成さ
れる。
１０19ｃｍ-3のＺｎがドープされた、横幅１ｍｍ×縦幅
１ｍｍ×長さ１０ｍｍ寸法のＧａＡｓ棒（棒状基体）２
１の先端部分をエッチング液（Ｈ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋
Ｈ2 Ｏ＝３：２：２）２２に浸漬してエッチングする。
先端部分１０１ｃが直径約５０ｎｍとなったところで、
エッチング液２２から取り出して、洗浄する。これによ
り、図１（ｂ）に示すように、針状基体２１ａが形成さ
れる。
【００１８】なお、場合により、ウエットエッチング後
に、Ａｒプラズマに曝して針状基体２１ａの先端部１０
１ｃの形を微調整してもよい。第１の実施の形態と同じ
ようにしてスピン偏極電子のスピン偏極度を測定したと
ころ、３０％であった。上記第１の実施の形態に係るス
ピン偏極電子線源においては、針状基体２１ａの材料自
体がスピン偏極電子の励起が可能なＧａＡｓである。
に、Ａｒプラズマに曝して針状基体２１ａの先端部１０
１ｃの形を微調整してもよい。第１の実施の形態と同じ
ようにしてスピン偏極電子のスピン偏極度を測定したと
ころ、３０％であった。上記第１の実施の形態に係るス
ピン偏極電子線源においては、針状基体２１ａの材料自
体がスピン偏極電子の励起が可能なＧａＡｓである。
【００１９】針状基体２１ａの先端が細くなっているた
め、被測定試料へのスピン偏極電子の照射領域を微小領
域に限定することができる。 （２）第２の実施の形態 図２（ａ）〜（ｃ）及び図３を参照しながら、本発明の
第２の実施の形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法
について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は斜視図であ
り、図３は側面図である。
め、被測定試料へのスピン偏極電子の照射領域を微小領
域に限定することができる。 （２）第２の実施の形態 図２（ａ）〜（ｃ）及び図３を参照しながら、本発明の
第２の実施の形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法
について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は斜視図であ
り、図３は側面図である。
【００２０】まず、図２（ａ）に示すように、横幅１ｍ
ｍ×縦幅１ｍｍ×長さ１０ｍｍ寸法のサファイア棒（棒
状基体）１の先端部分をエッチング液２に浸漬して電界
研磨によりエッチングする。サファイア棒１ａがある程
度細くなったところで、エッチング液２から取り出し、
洗浄する。なお、エッチング液２として２０％の過塩素
酸と８０％のエタノールとの混合液を用い、電界研磨の
条件を電圧５〜７Ｖ，電流密度０．０５Ａ／ｃｍ2 とす
る。
ｍ×縦幅１ｍｍ×長さ１０ｍｍ寸法のサファイア棒（棒
状基体）１の先端部分をエッチング液２に浸漬して電界
研磨によりエッチングする。サファイア棒１ａがある程
度細くなったところで、エッチング液２から取り出し、
洗浄する。なお、エッチング液２として２０％の過塩素
酸と８０％のエタノールとの混合液を用い、電界研磨の
条件を電圧５〜７Ｖ，電流密度０．０５Ａ／ｃｍ2 とす
る。
【００２１】続いて、図２（ｂ）に示すように、Ａｒプ
ラズマに曝してサファイア棒１ａの先端部１０１ａの形
を微調整し、先端部１０１ｂの直径をほぼ５０ｎｍ程度
にする。これにより、図２（ｃ）に示すように、針状基
体１ａが形成される。なお、場合により、Ａｒプラズマ
によるエッチングを省略してウエットエッチングのみに
より所望の形状としてもよい。
ラズマに曝してサファイア棒１ａの先端部１０１ａの形
を微調整し、先端部１０１ｂの直径をほぼ５０ｎｍ程度
にする。これにより、図２（ｃ）に示すように、針状基
体１ａが形成される。なお、場合により、Ａｒプラズマ
によるエッチングを省略してウエットエッチングのみに
より所望の形状としてもよい。
【００２２】次に、図３に示すように、ＭＢＥ法や蒸着
法等により針状基体１ａの先端部分１０１ｂにＧａＡｓ
膜（スピン偏極電子励起膜）３を堆積する。これによ
り、スピン偏極電子線源１１ａの作成が完成する。次
に、スピン偏極電子線源１１ａにおける電子のスピンの
偏極度Ｐを求める。以下のようにしてスピン偏極電子数
（上向きスピンの電子数Ｎ↑，下向きスピンの電子数Ｎ
↓）を測定し、次の式から偏極度Ｐを算出した。
法等により針状基体１ａの先端部分１０１ｂにＧａＡｓ
膜（スピン偏極電子励起膜）３を堆積する。これによ
り、スピン偏極電子線源１１ａの作成が完成する。次
に、スピン偏極電子線源１１ａにおける電子のスピンの
偏極度Ｐを求める。以下のようにしてスピン偏極電子数
（上向きスピンの電子数Ｎ↑，下向きスピンの電子数Ｎ
↓）を測定し、次の式から偏極度Ｐを算出した。
【００２３】 偏極度Ｐ＝（Ｎ↑−Ｎ↓）／（Ｎ↑＋Ｎ↓） なお、Ｎ↑とＮ↓は３対１、或いは１対３の割合で生じ
るため、理論上の偏極度は５０％となる。測定装置の構
成は以下のとおりである。即ち、上記スピン偏極電子線
源１１ａを電子線回折法（ＬＥＥＤ）による測定装置に
設置した。上記スピン偏極電子線源１１ａの周りの装置
構成を図７（ａ）に示すような構成とした。上記スピン
偏極電子線源１１ａの針状先端部側にレーザ光の照射手
段を設置し、さらに、スピン偏極電子線源１１ａの針状
先端部周囲にスピン偏極電子線源１１ａから分離して、
スピン偏極電子の放出を容易にするため電界放射グリッ
ド３１を設置した。また、レーザ光源としてＡｒレーザ
（５Ｗ）励起のＴｉサファイアレーザを用い、さらに、
円偏光とするため、レーザ光の光路上に偏光子（グラン
トムソンプリズム）３２と１／４波長板３３とを設置し
た。
るため、理論上の偏極度は５０％となる。測定装置の構
成は以下のとおりである。即ち、上記スピン偏極電子線
源１１ａを電子線回折法（ＬＥＥＤ）による測定装置に
設置した。上記スピン偏極電子線源１１ａの周りの装置
構成を図７（ａ）に示すような構成とした。上記スピン
偏極電子線源１１ａの針状先端部側にレーザ光の照射手
段を設置し、さらに、スピン偏極電子線源１１ａの針状
先端部周囲にスピン偏極電子線源１１ａから分離して、
スピン偏極電子の放出を容易にするため電界放射グリッ
ド３１を設置した。また、レーザ光源としてＡｒレーザ
（５Ｗ）励起のＴｉサファイアレーザを用い、さらに、
円偏光とするため、レーザ光の光路上に偏光子（グラン
トムソンプリズム）３２と１／４波長板３３とを設置し
た。
【００２４】この装置構成により、以下のようにして上
記スピン偏極電子線源１１ａのスピン偏極度を測定し
た。即ち、上記スピン偏極電子線源１１ａの針状先端部
側から上記スピン偏極電子線源１１ａに円偏光させた波
長８３０ｎｍのレーザ光を出力５００ｍＷで照射し、さ
らに電界放射グリッド３１に１０ｋＶの電圧を印加し
て、スピン偏極電子線源１１ａと被測定試料との間に２
μＡの電流を流した。そして、スピン偏極電子のスピン
の向きに応じた電流に分離し、解析した。
記スピン偏極電子線源１１ａのスピン偏極度を測定し
た。即ち、上記スピン偏極電子線源１１ａの針状先端部
側から上記スピン偏極電子線源１１ａに円偏光させた波
長８３０ｎｍのレーザ光を出力５００ｍＷで照射し、さ
らに電界放射グリッド３１に１０ｋＶの電圧を印加し
て、スピン偏極電子線源１１ａと被測定試料との間に２
μＡの電流を流した。そして、スピン偏極電子のスピン
の向きに応じた電流に分離し、解析した。
【００２５】そのスピン偏極度は２０％であった。理論
値より小さいのは、スピン偏極電子線源１１ａの形状や
構造により理論どおりの割合でスピン偏極電子が取り出
せないためである。従って、偏極度の高いほうが、スピ
ン偏極電子線源１１ａの形状や構造が優れているといえ
る。 （３）第３の実施の形態 図２及び図４を参照しながら、本発明の第３の実施の形
態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について説明す
る。図４（ａ）は側面図である。
値より小さいのは、スピン偏極電子線源１１ａの形状や
構造により理論どおりの割合でスピン偏極電子が取り出
せないためである。従って、偏極度の高いほうが、スピ
ン偏極電子線源１１ａの形状や構造が優れているといえ
る。 （３）第３の実施の形態 図２及び図４を参照しながら、本発明の第３の実施の形
態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について説明す
る。図４（ａ）は側面図である。
【００２６】まず、図２（ａ）〜（ｃ）の工程を経てサ
ファイアからなる針状基体１ａを形成する。次に、図４
（ａ）に示すように、ＭＢＥ法や蒸着法等により針状基
体１ａの先端部分１０１ｂにＧａＡｓ膜４を堆積する。
続いて、酸素雰囲気中でＭＢＥ法や蒸着法等によりＣｓ
を放出させ、ＧａＡｓ膜４上に数原子層の厚さのＣｓ2
Ｏ膜５を形成する。Ｃｓ2 Ｏ膜５の膜厚は１〜２原子層
が好ましい。ＧａＡｓ膜４とＣｓ2 Ｏ膜５とがスピン偏
極電子励起膜１０２ａを構成する。これにより、スピン
偏極電子線源１１ｂが完成する。
ファイアからなる針状基体１ａを形成する。次に、図４
（ａ）に示すように、ＭＢＥ法や蒸着法等により針状基
体１ａの先端部分１０１ｂにＧａＡｓ膜４を堆積する。
続いて、酸素雰囲気中でＭＢＥ法や蒸着法等によりＣｓ
を放出させ、ＧａＡｓ膜４上に数原子層の厚さのＣｓ2
Ｏ膜５を形成する。Ｃｓ2 Ｏ膜５の膜厚は１〜２原子層
が好ましい。ＧａＡｓ膜４とＣｓ2 Ｏ膜５とがスピン偏
極電子励起膜１０２ａを構成する。これにより、スピン
偏極電子線源１１ｂが完成する。
【００２７】第２の実施の形態と同じようにして、スピ
ン偏極電子線源１１ｂのスピン偏極度を測定したとこ
ろ、３５％であった。上記により作成されたスピン偏極
電子線源１１ｂでは、図４（ｂ）に示すように、Ｃｓ2
Ｏ膜５によりＧａＡｓ膜４のエネルギバンドを曲げるこ
とでＧａＡｓ膜４からスピン偏極電子が大気中にトンネ
ルし易くなる。このため、単にＧａＡｓ膜のみを被着し
た場合と比べて偏極度は向上している。
ン偏極電子線源１１ｂのスピン偏極度を測定したとこ
ろ、３５％であった。上記により作成されたスピン偏極
電子線源１１ｂでは、図４（ｂ）に示すように、Ｃｓ2
Ｏ膜５によりＧａＡｓ膜４のエネルギバンドを曲げるこ
とでＧａＡｓ膜４からスピン偏極電子が大気中にトンネ
ルし易くなる。このため、単にＧａＡｓ膜のみを被着し
た場合と比べて偏極度は向上している。
【００２８】なお、図４（ａ）に示す工程でＧａＡｓ膜
４を形成した後、場合によりＧａＡｓ膜４をＡｒプラズ
マに曝してＧａＡｓ膜４の表面を清浄にすることも可能
である。これにより、ＧａＡｓ膜４と次に形成されるＣ
ｓ2 Ｏ膜５との接合をより完全なものにすることができ
る。 （４）第４の実施の形態 図２及び図５を参照しながら、本発明の第４の実施の形
態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について説明す
る。図５は側面図である。
４を形成した後、場合によりＧａＡｓ膜４をＡｒプラズ
マに曝してＧａＡｓ膜４の表面を清浄にすることも可能
である。これにより、ＧａＡｓ膜４と次に形成されるＣ
ｓ2 Ｏ膜５との接合をより完全なものにすることができ
る。 （４）第４の実施の形態 図２及び図５を参照しながら、本発明の第４の実施の形
態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について説明す
る。図５は側面図である。
【００２９】まず、図２（ａ）〜（ｃ）の工程を経てサ
ファイアからなる針状基体１ａを形成する。次に、図５
に示すように、ＭＢＥ法や蒸着法等により針状基体１ａ
の先端部分１０１ｂに膜厚約２μｍのＧａＡｓ膜６を堆
積する。次いで、イオン注入によりＧａＡｓ膜の表層
（約１ｎｍ）に濃度５×１０18ｃｍ-3のボロンをドープ
し、ボロンドープ層（δドープ層）６ａを形成する。な
お、この場合も、ＧａＡｓ膜６をＡｒプラズマに曝して
ＧａＡｓ膜６の表面を清浄にしておくことが好ましい。
ファイアからなる針状基体１ａを形成する。次に、図５
に示すように、ＭＢＥ法や蒸着法等により針状基体１ａ
の先端部分１０１ｂに膜厚約２μｍのＧａＡｓ膜６を堆
積する。次いで、イオン注入によりＧａＡｓ膜の表層
（約１ｎｍ）に濃度５×１０18ｃｍ-3のボロンをドープ
し、ボロンドープ層（δドープ層）６ａを形成する。な
お、この場合も、ＧａＡｓ膜６をＡｒプラズマに曝して
ＧａＡｓ膜６の表面を清浄にしておくことが好ましい。
【００３０】続いて、酸素雰囲気中でＭＢＥ法や蒸着法
等によりＣｓを放出させ、ＧａＡｓ膜上に数原子層の厚
さのＣｓ2 Ｏ膜７を形成する。この場合も、Ｃｓ2 Ｏ膜
７の膜厚は１〜２原子層が好ましい。ボロンドープ層
（δドープ層）６ａが表層に形成されたＧａＡｓ膜６と
Ｃｓ2 Ｏ膜７とがスピン偏極電子励起膜１０２ｂを構成
する。
等によりＣｓを放出させ、ＧａＡｓ膜上に数原子層の厚
さのＣｓ2 Ｏ膜７を形成する。この場合も、Ｃｓ2 Ｏ膜
７の膜厚は１〜２原子層が好ましい。ボロンドープ層
（δドープ層）６ａが表層に形成されたＧａＡｓ膜６と
Ｃｓ2 Ｏ膜７とがスピン偏極電子励起膜１０２ｂを構成
する。
【００３１】上記により作成されたスピン偏極電子線源
１１ｃにおいて、第２の実施の形態と同じようにしてス
ピン偏極度を測定したところ、偏極度は４０％であっ
た。第４の実施の形態に係るピン偏極電子線源１１ｃで
は、スピン偏極電子はδドープ層６ａ中で正孔との相互
作用が抑制されて寿命が長くなる。このため、特定方向
のスピン偏極電子の消滅を防止してスピン偏極の割合を
理論値に近く維持したままスピン偏極電子を取り出すこ
とができ、理論値により近いスピン偏極度を得ることが
できる。
１１ｃにおいて、第２の実施の形態と同じようにしてス
ピン偏極度を測定したところ、偏極度は４０％であっ
た。第４の実施の形態に係るピン偏極電子線源１１ｃで
は、スピン偏極電子はδドープ層６ａ中で正孔との相互
作用が抑制されて寿命が長くなる。このため、特定方向
のスピン偏極電子の消滅を防止してスピン偏極の割合を
理論値に近く維持したままスピン偏極電子を取り出すこ
とができ、理論値により近いスピン偏極度を得ることが
できる。
【００３２】（５）第５の実施の形態 図２及び図６を参照しながら、本発明の第５の実施の形
態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について説明す
る。図６は側面図である。まず、図２（ａ）〜（ｃ）の
工程を経てサファイアからなる針状基体１ａを形成す
る。
態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について説明す
る。図６は側面図である。まず、図２（ａ）〜（ｃ）の
工程を経てサファイアからなる針状基体１ａを形成す
る。
【００３３】次に、ＭＢＥ法や蒸着法等により針状基体
１ａの先端部分１０１ｂに膜厚約１μｍのＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ膜（半導体膜）８を堆積する。次いで、Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜８上にＭＢＥ法や蒸着法等により膜
厚約５０ｎｍのＧａＡｓ膜９を堆積する。なお、この場
合も、ＧａＡｓ膜９をＡｒプラズマに曝してＧａＡｓ膜
９の表面を清浄にしておくことが好ましい。
１ａの先端部分１０１ｂに膜厚約１μｍのＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ膜（半導体膜）８を堆積する。次いで、Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜８上にＭＢＥ法や蒸着法等により膜
厚約５０ｎｍのＧａＡｓ膜９を堆積する。なお、この場
合も、ＧａＡｓ膜９をＡｒプラズマに曝してＧａＡｓ膜
９の表面を清浄にしておくことが好ましい。
【００３４】次に、酸素雰囲気中でＭＢＥ法や蒸着法等
によりＣｓを放出させ、ＧａＡｓ膜９上に数原子層の厚
さのＣｓ2 Ｏ膜１０を形成する。この場合も、Ｃｓ2 Ｏ
膜１０の膜厚は１〜２原子層が好ましい。Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ膜８とＧａＡｓ膜９とＣｓ2 Ｏ膜１０とがスピ
ン偏極電子励起膜１０２ｃを構成する。第２の実施の形
態と同じようにしてスピン偏極電子線源１１ｃのスピン
偏極度を測定したところ、２５％であった。
によりＣｓを放出させ、ＧａＡｓ膜９上に数原子層の厚
さのＣｓ2 Ｏ膜１０を形成する。この場合も、Ｃｓ2 Ｏ
膜１０の膜厚は１〜２原子層が好ましい。Ａｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ膜８とＧａＡｓ膜９とＣｓ2 Ｏ膜１０とがスピ
ン偏極電子励起膜１０２ｃを構成する。第２の実施の形
態と同じようにしてスピン偏極電子線源１１ｃのスピン
偏極度を測定したところ、２５％であった。
【００３５】上記第５の実施の形態に係るスピン偏極電
子線源１１ｃでは、Ａｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ａｓ膜８によりＡ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜８上のＧａＡｓ膜９には結晶歪み
が生じてスピン偏極電子の放出が増える。このため、単
にＧａＡｓ膜のみを被着した場合と比べてスピン偏極度
が向上している。なお、上記では、ＧａＡｓ膜９の下地
にＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜８を用いているが、ＧａＡｓ
膜９に結晶歪みを生じさせやすい膜、例えばＩｎＧａＡ
ｓ膜及びＧａＡｓＰ膜等を用いてもよい。
子線源１１ｃでは、Ａｌ0.2 Ｇａ0. 8 Ａｓ膜８によりＡ
ｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜８上のＧａＡｓ膜９には結晶歪み
が生じてスピン偏極電子の放出が増える。このため、単
にＧａＡｓ膜のみを被着した場合と比べてスピン偏極度
が向上している。なお、上記では、ＧａＡｓ膜９の下地
にＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜８を用いているが、ＧａＡｓ
膜９に結晶歪みを生じさせやすい膜、例えばＩｎＧａＡ
ｓ膜及びＧａＡｓＰ膜等を用いてもよい。
【００３６】以上のように、上記第２乃至第５の実施の
形態に係るスピン偏極電子線源においては、針状基体１
ａの先端に、特定方向のスピンを有する電子が光照射に
より励起されるスピン偏極電子励起膜３，１０２ａ〜１
０２ｃが被着されてなる。スピン偏極電子線源１１ａ〜
１１ｄの先端が細くなっているため、被測定試料へのス
ピン偏極電子の照射領域を微小領域に限定することがで
きる。
形態に係るスピン偏極電子線源においては、針状基体１
ａの先端に、特定方向のスピンを有する電子が光照射に
より励起されるスピン偏極電子励起膜３，１０２ａ〜１
０２ｃが被着されてなる。スピン偏極電子線源１１ａ〜
１１ｄの先端が細くなっているため、被測定試料へのス
ピン偏極電子の照射領域を微小領域に限定することがで
きる。
【００３７】また、針状基体１ａの材料はサファイアを
用いている。サファイアは透明であるため電子を励起す
る光照射をスピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄの針先と
反対側から行うことができる。これにより、スピン偏極
電子線源１１ａ〜１１ｄを測定装置に取り付けた場合、
スピン偏極電子を励起するための光照射手段を、測定の
邪魔にならないように先端側および側面側のみならず先
端と反対側に取り付けることができ、このため、装置構
成の自由度が増す。
用いている。サファイアは透明であるため電子を励起す
る光照射をスピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄの針先と
反対側から行うことができる。これにより、スピン偏極
電子線源１１ａ〜１１ｄを測定装置に取り付けた場合、
スピン偏極電子を励起するための光照射手段を、測定の
邪魔にならないように先端側および側面側のみならず先
端と反対側に取り付けることができ、このため、装置構
成の自由度が増す。
【００３８】（６）第６の実施の形態 図９、図７（ａ），（ｂ）及び図８を参照しながら、本
発明の第６の実施の形態に係るスピン偏極電子線源を備
えた走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の構成について説
明する。図９は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の全
体の構成を示す図であり、図９に示すように、スピン偏
極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａが被測定試料３４ａ
に対向して置かれている。また、スピン偏極電子線源１
１ａ〜１１ｄ，２１ａと被測定試料３４ａの間にはトン
ネル電流を供給するための電源３６とトンネル電流を検
出するための測定器３５が接続されている。
発明の第６の実施の形態に係るスピン偏極電子線源を備
えた走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の構成について説
明する。図９は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の全
体の構成を示す図であり、図９に示すように、スピン偏
極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａが被測定試料３４ａ
に対向して置かれている。また、スピン偏極電子線源１
１ａ〜１１ｄ，２１ａと被測定試料３４ａの間にはトン
ネル電流を供給するための電源３６とトンネル電流を検
出するための測定器３５が接続されている。
【００３９】また、図７（ａ），（ｂ）及び図８はスピ
ン偏極電子線源にスピン偏極電子を励起するためのレー
ザ光を照射する３種類の方法について示す側面図であ
る。図７（ａ）に示すように、スピン偏極電子線源１１
ａ〜１１ｄ，２１ａの先端側から、即ちスピン偏極電子
励起膜３，１０２〜１０４の表面からレーザ光を照射す
る方法があり、図７（ｂ）に示すように、スピン偏極電
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａの先端と反対側から、即
ち針状基体を通過させてスピン偏極電子励起膜３，１０
２ａ〜１０２ｃの裏面からレーザ光を照射する方法があ
り、図８に示すように、スピン偏極電子線源１１ａ〜１
１ｄ，２１ａの側面側から、即ちスピン偏極電子励起膜
３，１０２ａ〜１０２ｃの側面からレーザ光を照射する
方法がある。何れの場合も、レーザ光は、図示していな
い光ファイバによりスピン偏極電子線源１１ａ〜１１
ｄ，２１ａに導かれる。また、レーザ光源として、例え
ばＡｒレーザ励起のＴｉサファイアレーザ等が用いられ
る。
ン偏極電子線源にスピン偏極電子を励起するためのレー
ザ光を照射する３種類の方法について示す側面図であ
る。図７（ａ）に示すように、スピン偏極電子線源１１
ａ〜１１ｄ，２１ａの先端側から、即ちスピン偏極電子
励起膜３，１０２〜１０４の表面からレーザ光を照射す
る方法があり、図７（ｂ）に示すように、スピン偏極電
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａの先端と反対側から、即
ち針状基体を通過させてスピン偏極電子励起膜３，１０
２ａ〜１０２ｃの裏面からレーザ光を照射する方法があ
り、図８に示すように、スピン偏極電子線源１１ａ〜１
１ｄ，２１ａの側面側から、即ちスピン偏極電子励起膜
３，１０２ａ〜１０２ｃの側面からレーザ光を照射する
方法がある。何れの場合も、レーザ光は、図示していな
い光ファイバによりスピン偏極電子線源１１ａ〜１１
ｄ，２１ａに導かれる。また、レーザ光源として、例え
ばＡｒレーザ励起のＴｉサファイアレーザ等が用いられ
る。
【００４０】この場合、スピン偏極電子線源１１ａ〜１
１ｄ，２１ａの先端部の周囲に電界放射グリッド３１が
設けられており、スピン偏極電子が放出されやすくなっ
ている。さらに、円偏光とするため、レーザ光の光路上
に偏光子（グラントムソンプリズム）３２と１／４波長
板３３とが設置されている。なお、場合により、電界放
射グリッド３１は設けられなくてもよい。
１ｄ，２１ａの先端部の周囲に電界放射グリッド３１が
設けられており、スピン偏極電子が放出されやすくなっ
ている。さらに、円偏光とするため、レーザ光の光路上
に偏光子（グラントムソンプリズム）３２と１／４波長
板３３とが設置されている。なお、場合により、電界放
射グリッド３１は設けられなくてもよい。
【００４１】上記走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）で
は、スピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａの針先
先端からスピンの揃った電子を被測定試料３４ａの表面
に照射し、トンネル電流測定器３５によりトンネル電流
を測定する。被測定試料３４ａの表面の電子のスピンの
向きに対応してトンネル電流を分離し、その大きさの違
いによりスピンの状態を観察する。
は、スピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａの針先
先端からスピンの揃った電子を被測定試料３４ａの表面
に照射し、トンネル電流測定器３５によりトンネル電流
を測定する。被測定試料３４ａの表面の電子のスピンの
向きに対応してトンネル電流を分離し、その大きさの違
いによりスピンの状態を観察する。
【００４２】更に、検出されたスピンの状態から被測定
試料３４ａの磁区を画像化し、或いは、特定位置でのス
ピンの向きに由来する物質の状態密度を測定することが
できる。 （７）第７の実施の形態 図１０を参照しながら、本発明の第７の実施の形態に係
るスピン偏極電子線源を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）の構成について説明する。
試料３４ａの磁区を画像化し、或いは、特定位置でのス
ピンの向きに由来する物質の状態密度を測定することが
できる。 （７）第７の実施の形態 図１０を参照しながら、本発明の第７の実施の形態に係
るスピン偏極電子線源を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）の構成について説明する。
【００４３】図１０は装置構成図であり、スピン偏極電
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、スピン偏極電子の照
射により被測定試料３４ｂから発生した二次電子を検出
するスピン検出器３８とを備えている。また、スピン偏
極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａから被測定試料３４
ｂに至る電子の行程の途中にスピン偏極電子線源１１ａ
〜１１ｄ，２１ａから放出された電子の方向を調整する
ための磁場を発生するコイル３７が設けられている。な
お、図１０では省略されているが、この場合にも、図７
（ａ），（ｂ）又は図８に示すように、レーザ光照射手
段や電界放射グリッド３１を設けてもよい。
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、スピン偏極電子の照
射により被測定試料３４ｂから発生した二次電子を検出
するスピン検出器３８とを備えている。また、スピン偏
極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａから被測定試料３４
ｂに至る電子の行程の途中にスピン偏極電子線源１１ａ
〜１１ｄ，２１ａから放出された電子の方向を調整する
ための磁場を発生するコイル３７が設けられている。な
お、図１０では省略されているが、この場合にも、図７
（ａ），（ｂ）又は図８に示すように、レーザ光照射手
段や電界放射グリッド３１を設けてもよい。
【００４４】上記走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、被
測定試料３４ｂへのスピン偏極電子の照射により二次電
子を発生させ、スピン検出器３８により二次電子を検出
する。スピン偏極電子及び二次電子のスピンの方向が保
存されるとすると、二次電子のスピンの向きに対応した
像を得ることができ、これにより、磁区観察を行うこと
ができる。
測定試料３４ｂへのスピン偏極電子の照射により二次電
子を発生させ、スピン検出器３８により二次電子を検出
する。スピン偏極電子及び二次電子のスピンの方向が保
存されるとすると、二次電子のスピンの向きに対応した
像を得ることができ、これにより、磁区観察を行うこと
ができる。
【００４５】 （８）第８の実施の形態 図１１を参照しながら、本発明の第８の実施の形態に係
るスピン偏極電子線源を備えた透過型電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）の構成について説明する。図１１は装置構成図であ
り、スピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、ス
ピン偏極電子の照射により被測定試料３４ｃを透過した
二次電子を検出する不図示のスピン検出器とを備えてい
る。また、スピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａ
から被測定試料３４ｃに至る電子の行程の途中にスピン
偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａから放出された電
子の方向を調整するための磁場を発生するコイル３９を
備えている。なお、図１１では省略されているが、この
場合にも、図７（ａ），（ｂ）又は図８に示すように、
レーザ光照射手段や電界放射グリッド３１を設けてもよ
い。
るスピン偏極電子線源を備えた透過型電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）の構成について説明する。図１１は装置構成図であ
り、スピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、ス
ピン偏極電子の照射により被測定試料３４ｃを透過した
二次電子を検出する不図示のスピン検出器とを備えてい
る。また、スピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａ
から被測定試料３４ｃに至る電子の行程の途中にスピン
偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａから放出された電
子の方向を調整するための磁場を発生するコイル３９を
備えている。なお、図１１では省略されているが、この
場合にも、図７（ａ），（ｂ）又は図８に示すように、
レーザ光照射手段や電界放射グリッド３１を設けてもよ
い。
【００４６】上記透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、電
子が被測定試料３４ｃを透過する際、吸収や回折によっ
て生じるコントラストを記録するものであり、電子線回
折においてスピン偏極電子及び二次電子のスピンの方向
が保存されるとして、被測定試料３４ｃの磁区に由来す
るＴＥＭ像を得ることができる。 （９）第９の実施の形態 図１２を参照しながら、本発明の第９の実施の形態に係
るスピン偏極電子線源を備えた低速電子線回折測定装置
（ＬＥＥＤ）の構成について説明する。
子が被測定試料３４ｃを透過する際、吸収や回折によっ
て生じるコントラストを記録するものであり、電子線回
折においてスピン偏極電子及び二次電子のスピンの方向
が保存されるとして、被測定試料３４ｃの磁区に由来す
るＴＥＭ像を得ることができる。 （９）第９の実施の形態 図１２を参照しながら、本発明の第９の実施の形態に係
るスピン偏極電子線源を備えた低速電子線回折測定装置
（ＬＥＥＤ）の構成について説明する。
【００４７】図１２は装置構成図であり、スピン偏極電
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、スピン偏極電子線源
１１ａ〜１１ｄ，２１ａから放出された電子のうち所定
のエネルギを有する電子だけ通過させる電子エネルギ分
析器４０と、被測定試料３４ｄから発生した散乱電子を
検出するスピン検出器４１とを備えている。なお、図１
２では省略されているが、この場合にも、図７（ａ），
（ｂ）又は図８に示すように、レーザ光照射手段や電界
放射グリッド３１を設けてもよい。
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、スピン偏極電子線源
１１ａ〜１１ｄ，２１ａから放出された電子のうち所定
のエネルギを有する電子だけ通過させる電子エネルギ分
析器４０と、被測定試料３４ｄから発生した散乱電子を
検出するスピン検出器４１とを備えている。なお、図１
２では省略されているが、この場合にも、図７（ａ），
（ｂ）又は図８に示すように、レーザ光照射手段や電界
放射グリッド３１を設けてもよい。
【００４８】上記低速電子線回折測定装置では、スピン
の揃った電子線を被測定試料３４ｄに照射し、被測定試
料３４ｄの表面で散乱した電子線を測定することにより
被測定試料３４ｄのスピン偏極度を調べることができ
る。 （１０）第１０の実施の形態 図１３を参照しながら、本発明の第１０の実施の形態に
係るスピン偏極電子線源を備えた光電子分光測定装置の
構成について説明する。
の揃った電子線を被測定試料３４ｄに照射し、被測定試
料３４ｄの表面で散乱した電子線を測定することにより
被測定試料３４ｄのスピン偏極度を調べることができ
る。 （１０）第１０の実施の形態 図１３を参照しながら、本発明の第１０の実施の形態に
係るスピン偏極電子線源を備えた光電子分光測定装置の
構成について説明する。
【００４９】図１３は装置構成図であり、スピン偏極電
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、スピン偏極電子線源
１１ａ〜１１ｄ，２１ａから放出された電子を被測定試
料３４ｅの方に向かって通過させ、かつ被測定試料３４
ｅから発生した散乱電子のうち所定のエネルギを有する
電子だけ通過させる円筒型エネルギ分析器４２と、円筒
型エネルギ分析器４２を通過してきた散乱電子のスピン
偏極度の測定が可能なスピン散乱結晶４３と、スピン散
乱結晶４３から発生した散乱電子を検出するスピン散乱
電子検出器４４とを備えている。スピン散乱結晶４３と
して、散乱電子のスピンの向きにより散乱機構が異なる
タングステン（Ｗ）の（００１）面結晶が用いられる。
なお、図１３では省略されているが、この場合にも、図
７（ａ），（ｂ）又は図８に示すように、レーザ光照射
手段や電界放射グリッド３１を設けてもよい。
子線源１１ａ〜１１ｄ，２１ａと、スピン偏極電子線源
１１ａ〜１１ｄ，２１ａから放出された電子を被測定試
料３４ｅの方に向かって通過させ、かつ被測定試料３４
ｅから発生した散乱電子のうち所定のエネルギを有する
電子だけ通過させる円筒型エネルギ分析器４２と、円筒
型エネルギ分析器４２を通過してきた散乱電子のスピン
偏極度の測定が可能なスピン散乱結晶４３と、スピン散
乱結晶４３から発生した散乱電子を検出するスピン散乱
電子検出器４４とを備えている。スピン散乱結晶４３と
して、散乱電子のスピンの向きにより散乱機構が異なる
タングステン（Ｗ）の（００１）面結晶が用いられる。
なお、図１３では省略されているが、この場合にも、図
７（ａ），（ｂ）又は図８に示すように、レーザ光照射
手段や電界放射グリッド３１を設けてもよい。
【００５０】上記光電子分光装置では、主として、角度
分解光電子分光法を用いて、スピン偏極に対応する、電
子の束縛エネルギの磁気的相互作用についての情報を得
ることができる。以上のように、上記第６乃至第１０の
実施の形態に係る測定装置においては、それぞれ第１乃
至第５の実施の形態に係るスピン偏極電子線源１１ａ〜
１１ｄ，２１ａを備えている。
分解光電子分光法を用いて、スピン偏極に対応する、電
子の束縛エネルギの磁気的相互作用についての情報を得
ることができる。以上のように、上記第６乃至第１０の
実施の形態に係る測定装置においては、それぞれ第１乃
至第５の実施の形態に係るスピン偏極電子線源１１ａ〜
１１ｄ，２１ａを備えている。
【００５１】そのスピン偏極電子線源１１ａ〜１１ｄ，
２１ａでは被測定試料３４ａ〜３４ｅへのスピン偏極電
子の照射領域を微小領域に限定することが可能であるの
で、それを備えた上記第６乃至第１０の実施の形態に係
る測定装置により物質内の電子のスピンの状態を観察し
て微細領域の物質の構造の情報を得ることが可能とな
る。
２１ａでは被測定試料３４ａ〜３４ｅへのスピン偏極電
子の照射領域を微小領域に限定することが可能であるの
で、それを備えた上記第６乃至第１０の実施の形態に係
る測定装置により物質内の電子のスピンの状態を観察し
て微細領域の物質の構造の情報を得ることが可能とな
る。
【００５２】
【発明の効果】以上のように、本発明に係るスピン偏極
電子線源においては、針状基体の先端にスピン偏極電子
励起膜が被着されてなる。このように、スピン偏極電子
励起膜が被着されたスピン偏極電子線源の先端が細くな
っているため、微小領域に限定して被測定試料にスピン
偏極電子を照射することができる。
電子線源においては、針状基体の先端にスピン偏極電子
励起膜が被着されてなる。このように、スピン偏極電子
励起膜が被着されたスピン偏極電子線源の先端が細くな
っているため、微小領域に限定して被測定試料にスピン
偏極電子を照射することができる。
【００５３】また、本発明に係るスピン偏極電子線源を
備えた測定装置においては、上記スピン偏極電子線源を
備えている。上記スピン偏極電子線源では被測定試料へ
のスピン偏極電子の照射領域を微小領域に限定すること
が可能であるので、それを備えた測定装置により物質内
の電子のスピンの状態を観察して物質の微細領域の構造
の情報を得ることが可能となる。
備えた測定装置においては、上記スピン偏極電子線源を
備えている。上記スピン偏極電子線源では被測定試料へ
のスピン偏極電子の照射領域を微小領域に限定すること
が可能であるので、それを備えた測定装置により物質内
の電子のスピンの状態を観察して物質の微細領域の構造
の情報を得ることが可能となる。
【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の
形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について示す
斜視図である。
形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法について示す
斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２乃至第５
の実施の形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法につ
いて示す斜視図である。
の実施の形態に係るスピン偏極電子線源の作成方法につ
いて示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係るスピ
ン偏極電子線源の作成方法について示す断面図である。
ン偏極電子線源の作成方法について示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係
るスピン偏極電子線源の作成方法について示す断面図で
あり、図４（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る
スピン偏極電子線源のスピン偏極電子励起膜からスピン
偏極電子が放出される機構について示すエネルギバンド
構造図である。
るスピン偏極電子線源の作成方法について示す断面図で
あり、図４（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る
スピン偏極電子線源のスピン偏極電子励起膜からスピン
偏極電子が放出される機構について示すエネルギバンド
構造図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施の形態に係るスピ
ン偏極電子線源の作成方法について示す断面図である。
ン偏極電子線源の作成方法について示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第５の実施の形態に係るスピ
ン偏極電子線源の作成方法について示す断面図である。
ン偏極電子線源の作成方法について示す断面図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は、本発明の第６乃至第１
０の実施の形態に係るスピン偏極電子線源を備えた測定
装置の部分構成について示す断面図（その１）である。
０の実施の形態に係るスピン偏極電子線源を備えた測定
装置の部分構成について示す断面図（その１）である。
【図８】図８は、本発明の第６乃至第１０の実施の形態
に係るスピン偏極電子線源を備えた測定装置の部分構成
について示す断面図（その２）である。
に係るスピン偏極電子線源を備えた測定装置の部分構成
について示す断面図（その２）である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施の形態に係るスピ
ン偏極電子線源を備えた走査型トンネル顕微鏡の構成に
ついて示す図である。
ン偏極電子線源を備えた走査型トンネル顕微鏡の構成に
ついて示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第７の実施の形態に係る
スピン偏極電子線源を備えた走査型電子顕微鏡の構成に
ついて示す図である。
スピン偏極電子線源を備えた走査型電子顕微鏡の構成に
ついて示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第８の実施の形態に係る
スピン偏極電子線源を備えた透過型電子顕微鏡の構成に
ついて示す図である。
スピン偏極電子線源を備えた透過型電子顕微鏡の構成に
ついて示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第９の実施の形態に係る
スピン偏極電子線源を備えた電子線回折測定装置の構成
について示す図である。
スピン偏極電子線源を備えた電子線回折測定装置の構成
について示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１０の実施の形態に係
るスピン偏極電子線源を備えた光電子分光測定装置の構
成について示す図である。
るスピン偏極電子線源を備えた光電子分光測定装置の構
成について示す図である。
１ サファイア棒（棒状基体）、 １ａ 針状基体、 ２ エッチング液（過塩素酸＋エタノール）、 ３ ＧａＡｓ膜（スピン偏極電子励起膜）、 ４，６，９ ＧａＡｓ膜、 ５，７，１０ Ｃｓ2 Ｏ膜、 ６ａ ボロンがドープされたＧａＡｓ膜（δドープ
層）、 ８ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜（半導体膜）、 １１ａ〜１１ｄ，２１ａ スピン偏極電子線源、 ２１ ＧａＡｓ棒（棒状基体）、 ２２ エッチング液（Ｈ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｈ
2 Ｏ）、 ３１ 電界放射グリッド、 ３２ 偏光子（グラントムソンプリズム）、 ３３ １／４波長板、 ３４ａ〜３４ｅ 被測定試料、 ３５ トンネル電流測定器、 ３６ 電源、 ３７，３９ コイル、 ３８，４１ スピン検出器、 ４０ 電子エネルギ分析器、 ４２ 円筒型エネルギ分析器、 ４３ スピン散乱結晶、 ４４ スピン散乱電子検出器、 １０１ａ，１０１ｂ 針状基体の先端部、 １０１ｃ スピン偏極電子線源の先端部、 １０２ａ〜１０２ｃ スピン偏極電子励起膜。
層）、 ８ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜（半導体膜）、 １１ａ〜１１ｄ，２１ａ スピン偏極電子線源、 ２１ ＧａＡｓ棒（棒状基体）、 ２２ エッチング液（Ｈ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｈ
2 Ｏ）、 ３１ 電界放射グリッド、 ３２ 偏光子（グラントムソンプリズム）、 ３３ １／４波長板、 ３４ａ〜３４ｅ 被測定試料、 ３５ トンネル電流測定器、 ３６ 電源、 ３７，３９ コイル、 ３８，４１ スピン検出器、 ４０ 電子エネルギ分析器、 ４２ 円筒型エネルギ分析器、 ４３ スピン散乱結晶、 ４４ スピン散乱電子検出器、 １０１ａ，１０１ｂ 針状基体の先端部、 １０１ｃ スピン偏極電子線源の先端部、 １０２ａ〜１０２ｃ スピン偏極電子励起膜。
Claims (9)
- 【請求項１】 針状基体の先端にスピン偏極電子励起膜
が被着されてなることを特徴とするスピン偏極電子線
源。 - 【請求項２】 前記針状基体の材料はＧａＡｓ結晶体で
あることを特徴とする請求項１に記載のスピン偏極電子
線源。 - 【請求項３】 前記針状基体の材料はサファイアである
ことを特徴とする請求項１に記載のスピン偏極電子線
源。 - 【請求項４】 前記スピン偏極電子励起膜はＧａＡｓ膜
であることを特徴とする請求項１に記載のスピン偏極電
子線源。 - 【請求項５】 前記スピン偏極電子励起膜は、前記針状
基体上に形成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形
成されたＣｓ2 Ｏ膜とからなることを特徴とする請求項
１に記載のスピン偏極電子線源。 - 【請求項６】 前記スピン偏極電子励起膜は、前記針状
基体上に形成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡｓ膜上に形
成されたボロンがドープされたＧａＡｓ膜と、該ボロン
がドープされたＧａＡｓ膜上に形成されたＣｓ2 Ｏ膜と
からなることを特徴とする請求項１に記載のスピン偏極
電子線源。 - 【請求項７】 前記スピン偏極電子励起膜は、前記針状
基体上に形成されたＡｌo.2 Ｇａ0.8 Ａｓ膜，ＩｎＧａ
Ａｓ膜及びＧａＡｓＰ膜のうちから選ばれた半導体膜
と、該半導体膜上に形成されたＧａＡｓ膜と、該ＧａＡ
ｓ膜上に形成されたＣｓ2 Ｏ膜とからなることを特徴と
する請求項１に記載のスピン偏極電子線源。 - 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
のスピン偏極電子線源を備え、該スピン偏極電子線源か
ら供給されるスピン偏極電子を被測定試料に照射するこ
とにより前記被測定試料内の電子のスピンの状態を検出
することを特徴とする測定装置。 - 【請求項９】 棒状基体の先端部分を細くし、針状基体
を形成する工程と、 前記針状基体の先端部分にＧａＡｓ膜を形成する工程
と、 前記ＧａＡｓ膜を加熱しながらＡｒプラズマに曝して前
処理する工程と、 前記ＧａＡｓ膜上にＣｓ2 Ｏ膜を形成する工程とを有す
るスピン偏極電子線源の作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25435996A JP3662362B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | スピン偏極電子線源、その作成方法及び測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25435996A JP3662362B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | スピン偏極電子線源、その作成方法及び測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106465A true JPH10106465A (ja) | 1998-04-24 |
| JP3662362B2 JP3662362B2 (ja) | 2005-06-22 |
Family
ID=17263902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25435996A Expired - Fee Related JP3662362B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | スピン偏極電子線源、その作成方法及び測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3662362B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479980B1 (en) | 1998-02-05 | 2002-11-12 | Agency Of Industrial Science And Technology | Thin film spin probe |
| KR100456369B1 (ko) * | 2001-03-05 | 2004-11-10 | 홋카이도 유니버시티 | 주사형 자기검출장치 및 주사형 자기검출장치용 탐침 |
| JP2008218063A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Hitachi Ltd | 透過型電子顕微鏡 |
| JP2008251525A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-10-16 | Hitachi Ltd | 荷電粒子スピン検出器、顕微鏡、及び光電子分光装置 |
| JP2010056024A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Nippon Steel Corp | スピン偏極電子源 |
| WO2016056425A1 (ja) * | 2014-10-09 | 2016-04-14 | 国立大学法人名古屋大学 | スピン偏極電子線のコヒーレンス測定装置と、その利用方法 |
| CN109406556A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 制备gh4169高温合金透射电镜样品的方法 |
-
1996
- 1996-09-26 JP JP25435996A patent/JP3662362B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479980B1 (en) | 1998-02-05 | 2002-11-12 | Agency Of Industrial Science And Technology | Thin film spin probe |
| WO2004074849A1 (ja) * | 1998-02-05 | 2004-09-02 | Kazuhisa Sueoka | 薄膜スピンプローブ |
| KR100456369B1 (ko) * | 2001-03-05 | 2004-11-10 | 홋카이도 유니버시티 | 주사형 자기검출장치 및 주사형 자기검출장치용 탐침 |
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| JP2008251525A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-10-16 | Hitachi Ltd | 荷電粒子スピン検出器、顕微鏡、及び光電子分光装置 |
| JP2010056024A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Nippon Steel Corp | スピン偏極電子源 |
| WO2016056425A1 (ja) * | 2014-10-09 | 2016-04-14 | 国立大学法人名古屋大学 | スピン偏極電子線のコヒーレンス測定装置と、その利用方法 |
| JPWO2016056425A1 (ja) * | 2014-10-09 | 2017-06-22 | 国立大学法人名古屋大学 | スピン偏極電子線のコヒーレンス測定装置と、その利用方法 |
| US9881767B2 (en) | 2014-10-09 | 2018-01-30 | National University Corporation Nagoya University | Coherence measuring device for spin-polarized electron beam and method using the same |
| CN109406556A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 制备gh4169高温合金透射电镜样品的方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3662362B2 (ja) | 2005-06-22 |
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