JPS61283890A - Spin detector - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To enable the measurement of three components of the spin polarization vector of an electron beam simultaneously at the same efficiency, by deflecting the orbit of the electron beam passing through a first heavy atom thin film target electrostatically by almost 90 deg. to have the electron beam focusing to irradiate a second heavy atom thin film target. CONSTITUTION:An electron beam 1 to be measured is accelerated with an acceleration tube 2 and focused to irradiate the first heavy atom (e.g. gold and platinum) thin film target 3 and the electron beam scattered is detected with electron detectors D1-D4 to determine x and y components of the electron beam polarization vector. The electron beam 4 passing through the target 3 is made incident into an electrostatic type spherical deflector 5 to deflect only the orbit thereof keeping the direction of the spin polarization vector constant so that it will irradiate the second heavy atom thin film target 6. The electron beam scattered by the target 6 is detected with electron detectors D5 and D6 set on the plane parallel with the x-y plane and positioned at 120 deg. to the Y axis to determine the component of the electron beam polarization vector from the output signal thereof.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電子線のスピン偏極ベクトルを測定するスピン
検出器に係り、特に、ベクトルの３成分を同時に測定す
るスピン検出器に関するもので、例えば、スピン偏極走
査電子顕微鏡に適用して磁性体表面の磁化ベクトル分布
を観察する場合など゛　に使用される。Detailed Description of the Invention [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a spin detector that measures the spin polarization vector of an electron beam, and particularly relates to a spin detector that simultaneously measures three components of the vector. It is used in applications such as spin-polarized scanning electron microscopy to observe the magnetization vector distribution on the surface of a magnetic material.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来の装置は文献フィジカル・レビュウ誌（１９７８年
、　Ｂ１８．　２２５６頁〜）にキス力他が発表（Ｅ、
　Ｋ１５ｋｅｒ、　ｅｔ　ａｌ：　Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ
、　Ｂ　１８．　ｐｐ２２５６〜（１９７８）：１して
いるように、まず偏極ベクトルの２成分を測定した後、
スピン回転器で偏極ベクトルを９０度回転させ、残りの
成分を測定する方法を採用していた。しかし、この従来
方法は、時系列の測定になるため、その分だけ余分の時
間が必要になること、−特開的に変化する偏極ベクトル
の測定ができないこと、電子線のエネルギーに広がりが
ある場合にスピン回転器を通過することによって強度が
弱くなること等、問題があった。The conventional device was published by Kishiriki et al. (E,
K15ker, et al: Phys, Rev
, B 18. After first measuring the two components of the polarization vector, as described in pp. 2256-(1978): 1,
A method was adopted in which the polarization vector was rotated 90 degrees using a spin rotator and the remaining components were measured. However, since this conventional method requires time-series measurements, it requires extra time; it cannot measure polarization vectors that change, and the energy of the electron beam spreads. In some cases, there were problems such as the strength being weakened by passing through a spin rotator.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、電子線のスピン偏極ベクトルの３成分
を同時に、はぼ同じ効率で測定できるスピン検出器を提
供することにある。An object of the present invention is to provide a spin detector that can simultaneously measure three components of the spin polarization vector of an electron beam with approximately the same efficiency.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明では、上記目的を達成するために、電子線を加速
して第１の重原子薄膜ターゲットに収束照射する手段と
、上記ターゲットによって散乱された電子を検出する複
数の電子検出器と、上記ターゲットを通過した電子線の
軌道を静電的にほぼ９０度偏向させて第２の重原子薄膜
ターゲットに収束照射する手段と、上記第２のターゲッ
トによって散乱された電子を検出する複数の電子検出器
とを具備した構成のスピン検出器とする。In order to achieve the above object, the present invention includes means for accelerating an electron beam and convergently irradiating a first heavy atom thin film target, a plurality of electron detectors for detecting electrons scattered by the target, and a plurality of electron detectors for detecting electrons scattered by the target. means for electrostatically deflecting the trajectory of the electron beam that has passed through the target by approximately 90 degrees to converge and irradiate the second heavy atom thin film target; and a plurality of electron detectors that detect electrons scattered by the second target. A spin detector is provided with a spin detector.

すなわち、従来のスピン検出器では、重原子膜ターゲッ
トを透過した電子線はすてられていたが、一本発明では
、ターゲット膜へ入射する電子線の９０チ以上はスピン
の状態を保ったままターゲットを透過する点に着目して
、これを有効に利用することによりベクトルの第３の成
分をも測定可能にしようとするものである。In other words, in conventional spin detectors, the electron beam that has passed through the heavy atomic film target is discarded, but in the present invention, more than 90 electron beams that are incident on the target film remain in a spin state. By focusing on the point that passes through the target and making effective use of it, it is possible to measure the third component of the vector as well.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図において、ｌは被測定電子線、２は加速管、３は第１
の金薄膜ターゲット、４はこの第１の金薄膜ターゲット
３を透過した電子線、５は球面ディフレクタ、６は第２
の金薄膜ターゲットを示す。実施例では、重原子の薄膜
ターゲットとして金薄膜ターゲットを使用する場合を示
すが、これは、白金、タングステン、モリブデン等の重
原子を用いてもよい。被測定電子線１は加速管２によっ
て７０　ＫｅＶ　（一般には１０ＫｅＶ以上）に加速さ
れて第１の金薄膜ターゲット３に収束照射される。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1st
In the figure, l is the electron beam to be measured, 2 is the acceleration tube, and 3 is the first
4 is the electron beam transmitted through the first gold thin film target 3, 5 is a spherical deflector, and 6 is the second gold thin film target.
A thin gold film target is shown. In the embodiment, a case is shown in which a gold thin film target is used as the heavy atom thin film target, but heavy atoms such as platinum, tungsten, molybdenum, etc. may also be used. The electron beam 1 to be measured is accelerated to 70 KeV (generally 10 KeV or more) by an accelerator tube 2, and is focused and irradiated onto a first gold thin film target 3.

この第１のターゲットによって散乱された電子線を、入
射電子線の方向に対して１２０度、入射電子線の中心軸
の周りの四回対称の位置、すなわち円廟を４等分する９
０度ごとの位置に配置した４個の電子検出器り、、　Ｄ
、、　Ｄｍ、　Ｄ４によって検出する。これにより、電
子検出器Ｄｌ、Ｄ、からの出力信号により電子線偏極ベ
クトルのＸ成分が、Ｄｓ、　Ｄａからの出力信号により
ｙ成分が求められる。ただし、直交座標ｘｙｚに対して
、第１の金薄膜ターゲット３はｘｙ面に平行に配置され
、入射する電子線軌道は２軸方向をもち、電子検出器り
、、　Ｄ、はＸ軸に垂直な面上に、Ｄ、、　Ｄ、はｙ軸
に垂直な面上に、配置されているものとする。The electron beam scattered by this first target is placed at a position 120 degrees with respect to the direction of the incident electron beam, a four-fold symmetrical position around the central axis of the incident electron beam, that is, a position that divides the mausoleum into four equal parts.
Four electronic detectors placed at every 0 degree position, D
, Dm, D4. As a result, the X component of the electron beam polarization vector is determined from the output signals from the electron detectors Dl and D, and the y component from the output signals from Ds and Da. However, with respect to orthogonal coordinates xyz, the first gold thin film target 3 is arranged parallel to the xy plane, the incident electron beam trajectory has two axial directions, and the electron detectors D and D are perpendicular to the X axis. Assume that D,, D, are arranged on a plane perpendicular to the y-axis.

第１の金薄膜ターゲット３を透過した電子線４を、静電
型球面ディフレクタ５に入射し、スピン偏極ベクトルの
方向を一定に保ったまま、軌道のみを９０度曲げ、第２
の金薄膜ターゲット６に照射する。このとき、第１のタ
ーゲット上における電子線の照射点と、球面ディフレク
タ５の曲率中心Ｃと、第２のターゲット上における電子
線照射点とが一直線上にあるようにすると、第１のター
ゲット上で収束した電子線は、第２のターゲット上で再
び収束する。第２のターゲットで散乱された電子線を、
その散乱点を通って、第１のターゲットに入射する電子
軌道に垂直な面上、すなわちＸｙ面に平行な面上、にあ
って、かつ、第２のターゲットへ入射する電子線の方向
、すなわちｙ軸方向、に対して±１２０度の位置にある
２個の電子検出器り、、　Ｄ、によって検出する。この
Ｄｓ、　Ｄｓからの出力信号により電子線偏極ベクトル
の２成分が求められる。なお、上記実−施例では球面デ
ィフレクタ５により電子線軌道を９０度偏向させるとし
たが、電子線エネルギーが大きい場合で相対論効果゛が
生じるどきは、偏向角度を９０度よりさらに太き（する
必要がある。これは、加速管２における加速電圧の大き
さに応じて、９０度より大きくする偏向角度を決めるこ
とで対−処可能である。The electron beam 4 that has passed through the first gold thin film target 3 is incident on the electrostatic spherical deflector 5, and while keeping the direction of the spin polarization vector constant, only the trajectory is bent by 90 degrees.
The gold thin film target 6 is irradiated. At this time, if the electron beam irradiation point on the first target, the center of curvature C of the spherical deflector 5, and the electron beam irradiation point on the second target are on a straight line, the electron beam irradiation point on the first target The electron beam converged on the second target again. The electron beam scattered by the second target is
The direction of the electron beam that passes through the scattering point and enters the second target is on a plane perpendicular to the electron trajectory that enters the first target, that is, on a plane that is parallel to the Xy plane, and that is, It is detected by two electronic detectors D located at ±120 degrees with respect to the y-axis direction. Two components of the electron beam polarization vector are determined from the output signals from Ds and Ds. In the above embodiment, the electron beam trajectory is deflected by 90 degrees by the spherical deflector 5, but when the electron beam energy is large and a relativistic effect occurs, the deflection angle may be made wider than 90 degrees ( This can be dealt with by determining the deflection angle to be greater than 90 degrees depending on the magnitude of the accelerating voltage in the accelerating tube 2.

６個の電子線検出器Ｄｌ−Ｄａの各出力信号は、図示は
省略されているが、従来、一般に行っているように、そ
れぞれ増幅器によって増幅し、発光ダイオードによって
光信号に変換し、光ファイバによって伝送し、フォトダ
イオードによって再び電気信号に変換して信号処理され
る。Although not shown in the figure, each output signal of the six electron beam detectors Dl-Da is amplified by an amplifier, converted into an optical signal by a light emitting diode, and then connected to an optical fiber, as is generally done in the past. The photodiode converts the signal into an electrical signal and processes the signal.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、電子線の偏極ベクトルの３成分が同時
に測定できるため、時間的に変動する偏極ベクトルの測
定ができ、時間的に変動しない偏極ベクトルは従来の半
分以下の時間で測定でき、また、２次電子のようなエネ
ルギーの広がりの大きい電子線の偏極ベクトルの電子線
進行方向成分も、効率よく測定することができる。According to the present invention, since three components of the polarization vector of an electron beam can be measured simultaneously, polarization vectors that vary over time can be measured, and polarization vectors that do not vary over time can be measured in less than half the time compared to conventional methods. In addition, it is also possible to efficiently measure the component of the polarization vector of an electron beam such as secondary electrons, which has a large energy spread, in the direction in which the electron beam travels.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の詳細な説明用の斜視図である。 く符号の説明〉 FIG. 1 is a perspective view for explaining the invention in detail. Explanation of symbols>

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）電子線を加速して第１の重原子薄膜ターゲットに
収束照射する手段と、上記ターゲットによって散乱され
た電子を検出する複数の電子検出器と、上記ターゲット
を通過した電子線の軌道を静電的にほぼ９０度偏向させ
て第２の重原子薄膜ターゲットに収束照射する手段と、
上記第２のターゲットによって散乱された電子を検出す
る複数の電子検出器とを有することを特徴とするスピン
検出器。(1) A means for accelerating an electron beam and convergently irradiating the first heavy atom thin film target, a plurality of electron detectors for detecting electrons scattered by the target, and a means for detecting the trajectory of the electron beam that has passed through the target. means for electrostatically deflecting the target by approximately 90 degrees and convergently irradiating the second heavy atom thin film target;
A spin detector comprising a plurality of electron detectors that detect electrons scattered by the second target. （２）前記９０度偏向手段が、第１のターゲットの電子
線照射点と第２のターゲットの電子線照射点とを結ぶ直
線上に球面の曲率中心がある球面ディフレクタであり、
第２のターゲットからの散乱電子を検出する前記複数の
電子検出器が、第１及び第２のターゲットに入射する電
子軌道を含む面に直交し、かつ第２のターゲットに入射
する電子の軌道を含む面上で、偏向電子軌道に対して対
称な位置にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のスピン検出器。(2) the 90 degree deflection means is a spherical deflector having a spherical center of curvature on a straight line connecting the electron beam irradiation point of the first target and the electron beam irradiation point of the second target;
The plurality of electron detectors detect scattered electrons from the second target, and the plurality of electron detectors are perpendicular to a plane including electron trajectories incident on the first and second targets, and detect electron trajectories incident on the second target. 2. The spin detector according to claim 1, wherein the spin detector is located at a symmetrical position with respect to a deflected electron trajectory on a plane containing the spin detector.