[發(fā)明專(zhuān)利]一種圖像型電子自旋分析器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710800610.3
• 申請(qǐng)日: 2017-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109470731B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬山
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N24/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N24/00
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 宋纓

本發(fā)明提供一種圖像型電子自旋分析器，包括：電子光學(xué)系統(tǒng)、散射靶和二維圖像型電子探測(cè)器；所述電子光學(xué)系統(tǒng)包括非軸對(duì)稱(chēng)透鏡群和磁場(chǎng)，非軸對(duì)稱(chēng)透鏡群與磁場(chǎng)相配合使入射電子與出射電子的運(yùn)動(dòng)軌道相分離以增加自旋分析器各部件幾何配置的自由度，將入射電子偏轉(zhuǎn)并成像至與所述反射靶相對(duì)應(yīng)的特定平面處，并將由所述散射靶散射后的電子成像在所述二維圖像型電子探測(cè)器上形成二維電子強(qiáng)度圖像，從而實(shí)現(xiàn)電子自旋的多通道測(cè)量；非軸對(duì)稱(chēng)透鏡的引入可以補(bǔ)償磁場(chǎng)電子光學(xué)特性在垂直及平行磁場(chǎng)方向的非對(duì)稱(chēng)性、減小光學(xué)系統(tǒng)的像差、并使電子光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)試更為簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子自旋分析領(lǐng)域，特別是涉及一種圖像型電子自旋分析器。

背景技術(shù)

目前，對(duì)電子自旋進(jìn)行測(cè)量的分析器主要有Mott型、Spin-LEED型、及VLEED型分析器。其中，Mott型分析器的測(cè)量方式是：先將電子加速到20-100KeV的動(dòng)能，然后使電子在具有高自旋-軌道相互作用材料(通常由高原子序數(shù)元素構(gòu)成)靶上散射，通過(guò)測(cè)量散射電子強(qiáng)度的不對(duì)稱(chēng)性來(lái)測(cè)量入射電子的自旋；Spin-LEED分析器是通過(guò)測(cè)量電子在具有高自旋-軌道相互作用材料(如鎢、銥、鉑、拓?fù)浣^緣體等)單晶表面衍射斑點(diǎn)強(qiáng)度的非對(duì)稱(chēng)性來(lái)測(cè)量電子的自旋；VLEED是最近發(fā)展的新分析器，其測(cè)量方式是：首先將電子動(dòng)能加(減)速到6eV，然后分別測(cè)量電子在+Z及-Z方向磁化的鐵磁性靶上的反射率，通過(guò)測(cè)量此兩反射率的相對(duì)差異來(lái)測(cè)量入射電子在Z方向的自旋。VLEED是目前測(cè)量效率最高的電子自旋分析器。

如圖1所示為現(xiàn)有的單通道VLEED分析器的電子自旋測(cè)量原理示意圖。初始電子平面11上a點(diǎn)處的入射電子經(jīng)過(guò)電子透鏡12后入射至散射靶13，由該散射靶13散射后經(jīng)過(guò)電子透鏡14到達(dá)電子探測(cè)器15的A點(diǎn)。同樣，初始電子平面11上b點(diǎn)處的入射電子經(jīng)過(guò)類(lèi)似的路徑到達(dá)電子探測(cè)器的B點(diǎn)。若入射電子垂直入射至散射靶13，則經(jīng)過(guò)散射靶13彈性散射后的出射電子也垂直散射靶13，出射電子和入射電子路徑相同，電子探測(cè)器會(huì)遮斷入射電子束，故經(jīng)典的VLEED自旋分析器采用使入射電子斜射至散射靶13。由于VLEED的測(cè)量效率隨著入射角(即電子束與散射靶法線間的夾角)的加大而下降，故需要選取較小的入射角，而考慮到電子透鏡12和電子透鏡14的尺寸等因素，入射角不能過(guò)小，因此通常將入射角選取為7°。由于入射角不為零，入射電子軌道和出射電子軌道不同，入射電子和出射電子不能采用同一電子透鏡。為了獲得較小的入射角，電子光學(xué)透鏡12和14的尺寸較小，導(dǎo)致出現(xiàn)較大的像差，也就是來(lái)自a點(diǎn)的各入射電子在電子探測(cè)器上會(huì)形成以A點(diǎn)為中心的較大束斑，同樣，來(lái)自b點(diǎn)的各入射電子在電子探測(cè)器上會(huì)形成以B點(diǎn)為中心的較大束斑，由于束斑較大，導(dǎo)致以A點(diǎn)為中心的束斑與以B點(diǎn)為中心的束斑會(huì)部分重疊，因此，經(jīng)典的VLEED分析器無(wú)法區(qū)分入射電子的來(lái)源位置，也就是說(shuō)，無(wú)法區(qū)分入射電子是來(lái)自a點(diǎn)還是來(lái)自b點(diǎn)。該種無(wú)法區(qū)分入射電子的來(lái)源位置的電子自旋分析器被稱(chēng)為單通道電子自旋分析器；能將入射電子的來(lái)源位置進(jìn)行區(qū)分的分析器被稱(chēng)為多通道分析器或圖像型分析器。目前運(yùn)行的電子自旋分析器幾乎都是單通道的。為了提高電子自旋測(cè)量的效率，實(shí)現(xiàn)電子自旋的多通道測(cè)量一直是科研技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。

現(xiàn)今報(bào)道的多通道電子自旋分析器有兩種。一種是由德國(guó)的Kirschner研究組創(chuàng)制的Spin-LEED圖像型自旋分析器。該分析器的入射電子以45°入射角入射至W(100)靶，入射電子束與散射電子束形成90°的夾角，由于入射電子在該W(100)靶背面形成的虛像面及電子探測(cè)器平面均與電子光學(xué)軸相垂直，故電子光學(xué)系統(tǒng)具有較小的像差，可以區(qū)分入射電子的來(lái)源位置。但是，spin-LEED分析器進(jìn)行電子自旋測(cè)量是基于自旋-軌道相互作用，其效率僅為基于強(qiáng)相關(guān)聯(lián)相互作用的VLEED分析器的百分之一。另一種為本申請(qǐng)人發(fā)明的VLEED型多通道電子自旋分析器，已經(jīng)獲得中國(guó)專(zhuān)利授權(quán)(專(zhuān)利號(hào)201310313572)。該發(fā)明引入磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了入射電子與出射電子運(yùn)動(dòng)軌跡的分離，從而實(shí)現(xiàn)了高效率的VLEED型多通道電子自旋測(cè)量，并采用輔助磁場(chǎng)去除主磁場(chǎng)在沿磁場(chǎng)方向及垂直磁場(chǎng)方向電子光學(xué)的非對(duì)稱(chēng)性，但是，主輔兩個(gè)磁場(chǎng)的構(gòu)筑及調(diào)試較為困難，從而不能實(shí)現(xiàn)極小的像差，也不利于應(yīng)用推廣。

發(fā)明內(nèi)容