一种电子光学系统技术方案

本发明专利技术提供一种电子光学系统，所述电子光学系统至少包括：磁场和非轴对称透镜群，其中，所述磁场用于分离初始入射电子和出射电子的运动轨道并实现电子运动方向的偏转，使得所述初始入射电子偏转第一设定角度，并使得所述出射电子偏转第二预定角度；所述非轴对称透镜群用于补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，减小像差，并与磁场相配合，使电子束在像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像。同时，非轴对称电透镜可以实现电子束偏转功能，使电子光学系统的调试更为简单。

An Electronic Optical System

The present invention provides an electronic optical system, which comprises at least a magnetic field and a non-axisymmetric lens group, in which the magnetic field is used to separate the motion orbits of the initial incident electron and the ejected electron and to deflect the direction of the electron motion so that the initial incident electron deflects the first set angle and the ejected electron deflects the second predetermined angle. The non-axisymmetric lens group is used to compensate for the asymmetry of the electron optical properties of magnetic field in the direction of vertical and parallel magnetic fields, to reduce aberration, and to cooperate with the magnetic field so that the electron beam can be imaged simultaneously in the image plane along the direction of vertical magnetic field and parallel magnetic field. At the same time, the non-axisymmetric electric lens can realize the deflection function of the electron beam, which makes the debugging of the electronic optical system easier.

【技术实现步骤摘要】
一种电子光学系统本申请是针对申请日为2017年09月07日、申请号为201710800610.3、专利技术名称为一种图像型电子自旋分析器的专利提出的分案申请。
本专利技术涉及电子自旋分析
，特别是涉及一种电子光学系统。
技术介绍
目前，对电子自旋进行测量的分析器主要有Mott型、Spin-LEED型、及VLEED型分析器。其中，Mott型分析器的测量方式是：先将电子加速到20-100KeV的动能，然后使电子在具有高自旋-轨道相互作用材料(通常由高原子序数元素构成)靶上散射，通过测量散射电子强度的不对称性来测量入射电子的自旋；Spin-LEED分析器是通过测量电子在具有高自旋-轨道相互作用材料(如钨、铱、铂、拓扑绝缘体等)单晶表面衍射斑点强度的非对称性来测量电子的自旋；VLEED是最近发展的新分析器，其测量方式是：首先将电子动能加(减)速到6eV，然后分别测量电子在+Z及-Z方向磁化的铁磁性靶上的反射率，通过测量此两反射率的相对差异来测量入射电子在Z方向的自旋。VLEED是目前测量效率最高的电子自旋分析器。如图1所示为现有的单通道VLEED分析器的电子自旋测量原理示意图。初始电子平面11上a点处的入射电子经过电子透镜12后入射至散射靶13，由该散射靶13散射后经过电子透镜14到达电子探测器15的A点。同样，初始电子平面11上b点处的入射电子经过类似的路径到达电子探测器的B点。若入射电子垂直入射至散射靶13，则经过散射靶13弹性散射后的出射电子也垂直散射靶13，出射电子和入射电子路径相同，电子探测器会遮断入射电子束，故经典的VLEED自旋分析器采用使入射电子斜射至散射靶13。由于VLEED的测量效率随着入射角(即电子束与散射靶法线间的夹角)的加大而下降，故需要选取较小的入射角，而考虑到电子透镜12和电子透镜14的尺寸等因素，入射角不能过小，因此通常将入射角选取为7°。由于入射角不为零，入射电子轨道和出射电子轨道不同，入射电子和出射电子不能采用同一电子透镜。为了获得较小的入射角，电子光学透镜12和14的尺寸较小，导致出现较大的像差，也就是来自a点的各入射电子在电子探测器上会形成以A点为中心的较大束斑，同样，来自b点的各入射电子在电子探测器上会形成以B点为中心的较大束斑，由于束斑较大，导致以A点为中心的束斑与以B点为中心的束斑会部分重叠，因此，经典的VLEED分析器无法区分入射电子的来源位置，也就是说，无法区分入射电子是来自a点还是来自b点。该种无法区分入射电子的来源位置的电子自旋分析器被称为单通道电子自旋分析器；能将入射电子的来源位置进行区分的分析器被称为多通道分析器或图像型分析器。目前运行的电子自旋分析器几乎都是单通道的。为了提高电子自旋测量的效率，实现电子自旋的多通道测量一直是科研技术人员关注的焦点。现今报道的多通道电子自旋分析器有两种。一种是由德国的Kirschner研究组创制的Spin-LEED图像型自旋分析器。该分析器的入射电子以45°入射角入射至W(100)靶，入射电子束与散射电子束形成90°的夹角，由于入射电子在该W(100)靶背面形成的虚像面及电子探测器平面均与电子光学轴相垂直，故电子光学系统具有较小的像差，可以区分入射电子的来源位置。但是，spin-LEED分析器进行电子自旋测量是基于自旋-轨道相互作用，其效率仅为基于强相关联相互作用的VLEED分析器的百分之一。另一种为VLEED型多通道电子自旋分析器，已经获得中国专利授权(专利号201310313572)。该专利技术引入磁场实现了入射电子与出射电子运动轨迹的分离，从而实现了高效率的VLEED型多通道电子自旋测量，并采用辅助磁场去除主磁场在沿磁场方向及垂直磁场方向电子光学的非对称性，但是，主辅两个磁场的构筑及调试较为困难，从而不能实现极小的像差，也不利于应用推广。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电子光学系统，所述电子光学系统用于多通道电子自旋分析器时，可以解决现有技术中多通道电子自旋分析器测量效率低、像差大、光学系统调试困难等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种电子光学系统，所述电子光学系统至少包括：磁场和非轴对称透镜群，其中，所述磁场用于分离初始入射电子和出射电子的运动轨道并实现电子运动方向的偏转，使得所述初始入射电子偏转第一设定角度，并使得所述出射电子偏转第二预定角度；所述非轴对称透镜群用于补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，减小像差，并与磁场相配合使电子束在像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像。优选地，所述第一设定角度为(0°，360°)，所述第二设定角度为(0°，360°)。更优选地，所述第一设定角度及所述第二设定角度为10°、15°、20°、25°、30°、45°、60°、90°、120°、135°或180°中任意一个角度或任意两个角度。优选地，所述非轴对称透镜群包括多个透镜组，其中至少一个透镜组为非轴对称透镜组。更为优选地，所述非轴对称透镜群包括第一透镜组、第二透镜组及第三透镜组。更优选地，所述非轴对称透镜组至少包括一个非轴对称透镜。更优选地，所述非轴对称透镜为圆柱形电透镜一分为多而构筑的电多极透镜。更优选地，所述非轴对称透镜为电四极透镜。更优选地，可以通过调整所述电多极透镜的电极电压，实现电子束的偏转。如上所述，本专利技术的电子光学系统，具有以下有益效果：本专利技术的电子光学系统通过引进磁场以实现入射电子轨道和出射电子轨道的分离，从而避免电子光学系统及电子探测器的几何配置困难，并可以使透镜系统采用较大的尺寸从而获得较小的像差；通过非轴对称透镜的引入补偿磁场在垂直及平行磁场方向电子光学的非对称性，从而实现在此两个方向的同时成像，从而实现真正的二维成像，减小像差。同时，非轴对称透镜偏转电子束的功能使本专利技术的电子光学系统的调试更为简单。当本专利技术的电子光学系统用于多通道电子自旋分析器时，可以增加电子自旋测量的通道数。附图说明图1显示为现有技术中的单通道VLEED分析器的电子自旋测量原理示意图。图2显示为本专利技术的图像型电子自旋分析器的第一种实施方式。图3显示为本专利技术的图像型电子自旋分析器的第二种实施方式。图4显示为本专利技术的四极透镜的工作原理示意图。元件标号说明11初始电子平面12、14电子透镜13散射靶15电子探测器2初始电子平面31、32、33第一～第三透镜组4散射靶5二维图像型电子探测器6磁场e1、e2、e3、e4第一～第四极板具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。具体实施方式请参阅图2～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中的组件并非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例均可以变化，且各组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术可以提供一种图像型电子自旋分析器，所述图像型电子自旋分析器至少包括：电子光学系统、散射靶4及二维图像型电子探测器5；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子光学系统，其特征在于，所述电子光学系统至少包括：磁场和非轴对称透镜群，其中，所述磁场用于分离初始入射电子和出射电子的运动轨道并实现电子运动方向的偏转，使得所述初始入射电子偏转第一设定角度，并使得所述出射电子偏转第二预定角度；所述非轴对称透镜群用于补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，减小像差，并与磁场相配合使电子束在像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像。

【技术特征摘要】
1.一种电子光学系统，其特征在于，所述电子光学系统至少包括：磁场和非轴对称透镜群，其中，所述磁场用于分离初始入射电子和出射电子的运动轨道并实现电子运动方向的偏转，使得所述初始入射电子偏转第一设定角度，并使得所述出射电子偏转第二预定角度；所述非轴对称透镜群用于补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，减小像差，并与磁场相配合使电子束在像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像。2.根据权利要求1所述的电子光学系统，其特征在于：所述第一设定角度为(0°，360°)，所述第二设定角度为(0°，360°)。3.根据权利要求2所述的电子光学系统，其特征在于：所述第一设定角度及所述第二设定角度为10°、15°、20°、25°、30°、45°、60°、90°、...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔山，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31