本发明专利技术涉及一种自旋极化装置，其在期望的方向内旋转自旋极化电子束流，该自旋极化电子束流被从电子枪放电出或者被反射到样品上，该自旋极化装置通过进一步简化自旋旋转器的结构使得整个激发系统因此更加简洁。一种自旋旋转装置包括：第一聚光镜，其聚焦电子束流，该电子束流从电子枪放电出或者反射到样品上；自旋旋转器，其包括具有一个点的多级柱，电子束被第一聚光镜在透镜中心或者透镜中心附近聚焦到该点，并且该多极柱能够产生电场和磁场；Wien条件产生器，其使用满足Wien条件的公式表示的电压和电流，以旋转电子束流到期望的角度并且使得电子束流直接朝向组成自旋旋转器的多极柱前进；以及第二聚光镜，其将被自旋旋转器旋转自旋的电子束流聚焦。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自旋旋转装置
本专利技术涉及一种自旋旋转装置，其用于将从电子枪发射出的自旋极化电子以发射自旋极化电子、来自磁体样本的自旋反射电子、从拓扑绝缘体(topological insulatingbody)或者类似物的表面发射的自旋极化电子输入到莫特探测器到一种状态中，其中电子的自旋方向与电子前进方向一致或者电子的自旋方向与磁体的磁化方向一致以用于磁体的磁畴结构的观测。
技术介绍
常规地，假设电子在Z轴前进，自旋旋转器需要包括两种旋转装置，其包括，电子束流前进方向Z的平面内的旋转装置以及包括垂直于该平面的XY平面内的旋转装置。对于后一种装置，尽管已经存在提供了机械旋转样品或者探测器的装置的情况，Duben等提出了使用轴对称磁场透镜，并且公开在非专利文献1中的方法，已经被广泛使用。以下，现有技术中的该方法通过附图12到16显示的示例图一起说明。附图12是该自旋旋转器在剖面视图内画出的磁势分布图，其中入射到自旋旋转器上的电子束流轨迹与放置在自旋旋转器后的聚光镜系统(CL2，CL3) 一起显示。作为在包括Z轴的平面内旋转电子束流的自旋旋转器，已知Duden等文章中公开的，其中90°电场偏转器和90°磁场偏转器互相重叠。附图13 (a)显示了基于与附图12同样的原理建造的90°偏转型自旋旋转装置，都具有在自旋旋转装置前后部的圆透镜装置。当自旋方向等于电子前进方向时，通过只使用电场实施90°偏转，如图13 (b)所示，电子的前进方向旋转90°，尽管放电出的束流的自旋方向没有改变，并且因此，自旋方向与电子前进的方向具有90°的倾角。当只是使用磁场实施电子束流的90°偏转时，自旋沿着电子旋转方向的转动如图13 (c)所示，并且因此，自旋方向等于电子的前进方向，即使在90°偏转以后。通过同时使用电场和磁场到电子束流上实施90°旋转，自旋的方向可以取0°到90°之间的值。在上述类型的装置的情况下，通常需要将电子束流旋转90°。取决于装置，然而，可能存在不希望旋转90°的情况。其是，存在只希望旋转自旋同时保持电子直线前进的情况。为了满足该需求，已知存在使用维纳(Wien)滤波器的方法，如非专利文献2公开的。图14显示了 Wien滤波器类型的自旋旋转器的一个例子，其中自旋旋转器夹在圆透镜之间。图14同样显示了电场和磁场关闭时电子的运行轨迹的模拟情况，以及在自旋旋转90°的条件下电子运行轨迹的模拟情况。Wien滤波器采用了与90°偏转型自旋旋转器同样的原理，并且因此，应用到电子束流的电场和磁场是与90°偏转型自旋旋转器同样的重叠的方式。然而，Wien滤波器与90°偏转型自旋旋转器不同之处在于电压和电流方向被设置使得电场产生的电子偏转方向和磁场产生的电子偏转方向互相相反。在90°偏转型自旋旋转器中，电压以及电流被设置使得电场产生的电子偏转方向和磁场产生的电子偏转方向变成相同。在Wien滤波器中，电场产生的电子偏转方向和磁场产生的电子偏转方向变成互相相反，并且同时，电场强度和磁场强度被设置为使得电场产生的电子偏转强度和磁场产生的电子偏转强度总是相同，从而电子束流直线前进。这种使得电子束流直线前进的条件被称为Wien条件，并且Wien条件表达为Ε1=νΒ1。El，B1和ν分别是均匀电场强度，均匀磁场强度以及电子速度。自旋只被磁场旋转以及自旋强度表示如下: 拉莫尔(Larmor)进动频率:ω =eB/m 旋转角:a =Lco/v=LeBl/mv L:滤波器长度 这里，代入Wien条件Ε1=νΒ1以及速度平方v2=3eUo/m到a =L ω/v=LeBl/mv中，旋转角表示为ct =LEl/2U0.为了将电场的值El转化到产生电场值El的电极柱电压VI，电极柱电压VI通过下式表示:V1=E1R，R:在中心的圆极柱半径。假设a = ji/2(90° ), Uo=20, 000V, R=5mm, L=80mm,电极柱电压通过下式获得:V1=2 X 20, 000 X 5 π /2 X 80=3926.69V。磁场通过上述Wien条件获得。[0011 ] 当使用Wien滤波器时,需要将电场和磁场条件满足Wien条件,用于使电子束流直线前进。从而，为了调整电子束流的不同旋转角度，通过与90°偏转器一样的组合电场和磁场的方式设置旋转角度的技术不能使用。因此，自旋旋转角度通过调节磁场值确定。考虑上述情况，如图14所示，在Wien滤波器前部设置透镜条件，从而电子束流被聚焦到Wien滤波器中心。由于这样设置透镜条件，如图13下部所示，即使通过应用电场和磁场到电子束流旋转自旋，在后续部上的透镜条件不会有大的偏移，并且因此，可以减小聚光镜的再次调节并且能够自旋转自旋。 非专利文献1:T.Duden, E.Bauer, —种简洁的电子一自旋一极化操控器，Rev.Sc1.1nstrum66(4) 1995, 2861-2864 非专利文献 2, T.Kohashi, M.Konoto, K.Kike J-Electorn Microscopy59(1)(2010)43-52.非专利文献 3:T.Τ.tang, 0ptik74 (1986) 51-56.
技术实现思路
技术问题如同上述所示，自旋旋转需要两种旋转，其包括，电子束流前进方向Z的平面内的旋转以及包括垂直于该平面的XY平面内的旋转。需要提供额外的圆透镜用于聚焦电子束流到对应各种情况的装置的中心平面上，需要提供4种光学元件，由圆透镜、包括Z轴平面的平面旋转器、圆透镜以及XY平面旋转器组成。图15种示出了包括Wien滤波器型旋转器的自旋旋转装置的情况，同时图16示出了包括90°偏移自旋旋转器以及由磁场型透镜形成的平面旋转器的自旋旋转装置。除了这些装置，常规的LEEM需要的聚光镜系统也是必要的。这种方式中，从电子枪到样本的电子束流激发系统具有缺点，即该系统会变得很大。在这样的背景下，存在通过简化自旋旋转器将整个激发系统变得简洁的需求。 问题的解决为了克服这些缺点，本专利技术提供了一种自旋旋转装置，其用于在期望的方向内旋转自旋极化电子束流，该自旋极化电子束流被从电子枪放电出，或者被放电出、反射到或者穿过样品，其中该自旋旋转装置包括:第一聚光镜，其聚焦电子束流，该电子束流从电子枪放电出，或者被放电出或反射到样品；自旋旋转器，其包括具有一个点的多级柱，电子束被第一聚光镜在透镜中心或者透镜中心附近聚焦到该点，并且该多极柱能够产生电场和磁场； Wien条件产生器，其使用以下满足Wien条件的公式表示的电压和电流，以旋转电子束流到期望的角度并且使得电子束流直接朝向组成自旋旋转器的多极柱前进；以及第二聚光镜，其将被自旋旋转器旋转自旋的电子束流聚焦。VI (n) =VlCos ( θ 0+η θ + α ) NI (η) =NlSin ( θ 0+η θ + α ) 这里，η是极柱的个数，VI (η)和NI (n)分别是第η个极柱的电压和电流，VI和Ν1是满足Wien条件的均匀场的电压和电流，Θ 0是第一极柱与水平方向的角度，Θ是根据多极柱的极柱数目确定的角度，其通过360° /极柱数目得到，并且α表示自旋方向。这里，多极柱的极柱数目被设置为4的倍数。至少一个用于修正象散的四极柱电场以及本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自旋旋转装置，其配置以在期望的方向内旋转自旋极化电子束流,该自旋极化电子束流被从电子枪放电出,或者被放电出、反射到或者穿过样品，其中该自旋旋转装置包括：第一聚光镜，其聚焦电子束流，该电子束流从电子枪放电出，或者被放电出或反射到样品；自旋旋转器，其包括具有一个点的多级柱，电子束被第一聚光镜在透镜中心或者透镜中心附近聚焦到该点，并且该多极柱能够产生电场和磁场；Wien条件产生器，其使用满足Wien条件的以下公式表示的电压和电流，以旋转电子束流到期望的角度并且使得电子束流直接朝向组成自旋旋转器的多极柱前进；以及第二聚光镜，其将被自旋旋转器旋转自旋的电子束流聚焦；V1(n)=V1Cos(θ0+nθ+α)N1(n)=N1Sin(θ0+nθ+α)；这里，n是极柱的个数，V1(n)和N1（n）分别是第n个极柱的电压和电流，V1和N1是满足Wien条件的均匀场的电压和电流，θ0是第一极柱与水平方向的角度，θ是根据多极柱的极柱数目确定的角度，其通过360°/极柱数目得到，并且α表示自旋方向。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.17 JP 2011-1350541.一种自旋旋转装置，其配置以在期望的方向内旋转自旋极化电子束流，该自旋极化电子束流被从电子枪放电出，或者被放电出、反射到或者穿过样品，其中该自旋旋转装置包括: 第一聚光镜，其聚焦电子束流，该电子束流从电子枪放电出，或者被放电出或反射到样品; 自旋旋转器，其包括具有一个点的多级柱，电子束被第一聚光镜在透镜中心或者透镜中心附近聚焦到该点，并且该多极柱能够产生电场和磁场； Wien条件产生器，其使用满足Wien条件的以下公式表示的电压和电流，以旋转电子束流到期望的角度并且使得电子束流直接朝向组成自旋旋转器的多极柱前进；以及第二聚光镜，其将被自旋旋转器旋转自旋的电子束流聚焦； VI (n) =VlCos( θ 0+η θ + α ) Ν1 (η) =NlSin ( θ 0+η θ + α ); 这里，η是极柱的个数，VI (η)和N1 (n)分别是第η个极柱的电压和电流，VI和Ν1是满足Wien条件的均匀...
【专利技术属性】
技术研发人员：安江常夫，越川孝范，津野胜重，
申请(专利权)人：三友电子株式会社，
类型：
国别省市：
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