[發明專利]一種自旋和能谷極化信號的無損成像系統及成像方法

在審

• 申請號: 202210955541.4
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115436364A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 劉衍朋;吳曉玥;林繁榮
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/21;G01N21/01
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

本發明公開了一種自旋和能谷極化信號的無損成像系統，包括XY掃描位移臺、激光器、光電探測器、若干鎖相放大器和CCD相機。通過設置微米級高精度XY掃描位移臺，可以對所選區域進行局部掃描，實現器件的空間分辨成像。本發明通過鎖相放大器接收光電流或電壓信號，對于微弱信號有較精確的采集結果。本發明集成了不同波長的激發光，可以隨時進行激光波長的切換以滿足不同樣品的所需激發光波長，并且可以隨時拓展集成更多波長的激發光。本發明將無損成像系統應用于硫化錫晶體的測量，發現了硫化錫晶體的通道邊緣自旋積累現象，探究了其和器件源漏極偏置電流的關系。

技術領域

本發明屬于納米科學技術領域，尤其涉及一種自旋和能谷極化信號的無損成像系統。

背景技術

自旋電子學與低維材料的谷極化是納米科學領域重要的研究方向，通過操控電子自旋的內稟屬性開發新型的自旋器件將有助于降低現有器件的功耗與成本，提升現有器件的信息存儲與傳遞能力，具有巨大的應用潛力。

在目前的器件測量中，人們主要利用電注入和光注入自旋流，受限于測試環境和設備配置的問題，數據的采集和成像局限于單個器件的輸運行為或者溝道材料的某一位點，不能實現器件的高精度空間分辨成像。

目前對器件自旋信號的收集方式主要是微區點測量或者線掃描，無法提供區域面成像，操作繁瑣。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供了一種自旋和能谷極化信號的無損成像系統，通過控制面內移動壓電位移臺，實現面成像，并且通過使用鎖相放大器對微弱信號進行檢測，所得測量結果精確。

一種自旋和能谷極化信號的無損成像系統，包括激光器、激發光路、反射光路、位移臺、顯微成像系統既顯微鏡內部光路和CCD相機、測量系統既鎖相放大器和源表；

其中，位移臺上設有樣品托用于固定樣品，樣品放在樣品托上，通過金線與樣品托連接，樣品托通過引腳連接第一鎖相放大器、第二鎖相放大器和源表，分別用于顯示微小電信號、樣品反射率信號和施加偏置電信號；

所述激光器連接第一鎖相放大器與第二鎖相放大器，為兩臺鎖相放大器輸入參考頻率；該激光器發出線偏振激光進入激發光路，激發光路的激光照射至樣品，樣品反射該激光，一部分反射激光直接反饋至CCD相機進行顯示成像，另一部分反射激光進入顯微鏡頂部光路盒中的反射光路，在反射光路中經過分束鏡、反射鏡反饋至光電探測器；光電探測器與第二鎖相放大器相連，以得到樣品反射信號，以確定掃描位置。

作為優選，激光器包括主激光器盒中集成的若干子激光器及其控制器、盒外拓展激光器及其控制器；主激光器盒與盒外拓展激光器射出的線偏振激光均可進入同一激發光路。

作為優選，主激光器盒射出的激光通過可旋轉第一反射鏡直接進入激發光路，其中，拓展激光器與激發光路之間還設有斬波器，斬波器與第一鎖相放大器相連，控制輸入第一鎖相放大器的參考頻率；主激光器盒中若干個子激光器通過其對應連接的控制器，輸出不同波長的激光，經過反射鏡和分束鏡的調整后從激光器盒的出光口導出，通過位于出光口光路下游的可旋轉第一反射鏡進入激發光路。

作為優選，激發光路通過反射鏡改變激光傳播方向，具體的，線偏振激光從激光器射出后依次經過反射鏡進入顯微鏡頂部光路盒，其中，激光器與反射鏡的光路中間設有第一光闌、第二光闌，用于對激光進行準直。

作為優選，顯微鏡頂部光路盒包括第四反射鏡和第五反射鏡用于改變激光方向，同時一個四分之一玻片耦合于第四、第五反射鏡之間的光路中，用于改變激光的偏振方向，使激光可以從線偏振變為橢圓偏振和圓偏振，第五反射鏡反射的光線經過第一分束鏡和第二分束鏡進入顯微鏡內部光路。

作為優選，反射光路為樣品臺被反射的激光經由顯微鏡內部光路和第二分束鏡后于顯微鏡頂部光路盒進入光電探測器的部分，具體的，反射激光通過第二分束鏡進入顯微鏡頂部光路盒，由盒內的第一分束鏡分束，并經由第六反射鏡反射進入光電探測器。