(57)【要約】【課題】荷電粒子が持つ磁気モーメントを高効率で分解できる荷電粒子スピン検出器を提供する。【解決手段】荷電粒子スピン検出器は、勾配を有する磁場を入射荷電粒子に対して印加するための一対の凸凹磁極201、202と、荷電粒子が磁場から受けるローレンツ力をキャンセルする電場を荷電粒子に印加する、一対の平板電極203とを装備する。磁場勾配と荷電粒子が持つ磁気モーメントの相互作用によって、荷電粒子の磁場方向の磁気モーメントを分解する。【選択図】図２Ａ
2008251525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子スピン検出器であって、
勾配を有する磁場を入射荷電粒子に対して印加するための一対の磁極と、
前記荷電粒子が前記磁場から受けるローレンツ力をキャンセルする電場を前記荷電粒子に印加するための一対の電極とを備え、
前記磁場の勾配と前記荷電粒子が持つ磁気モーメントの相互作用によって、前記荷電粒子の磁場方向の磁気モーメントを分解する、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の磁極のうち一方の磁極は、前記荷電粒子の軌道側に凹面を備えた、ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の磁極のうち一方の磁極は、前記荷電粒子の軌道側に凸面を備えた、ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の電極が、互いに傾斜させて配置された２枚の平板電極である、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の電極の断面形状が、双曲柱あるいは角柱である、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記一対の磁極と前記一対の電極とが前記荷電粒子の進行方向に複数配列され、
配列された複数の前記一対の磁極の極性と前記一対の電極に印加される電位の極性とが、前記荷電粒子の進行方向に対して互いに異なる、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項７】
請求項６に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
複数の前記一対の電極と前記一対の磁極とが円周上に配列され、
荷電粒子軌道を前記円周上で所定の回数回転させることにより、磁場勾配による磁気モーメント分解効果を増強する、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記荷電粒子が前記荷電粒子スピン検出器に入射する前に、荷電粒子スピンの向きを回転させる機構を保有し、当該機構を用いて任意の方向の荷電粒子スピンを検出できる、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記荷電粒子スピンの向きを回転させる機構が、電場と磁場を直交させる機構を持つウィーンフィルタタイプのものを含む、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項１０】
請求項８に記載の荷電粒子スピン検出器であって、
前記電子スピンの向きを回転させる機構が、2つのスピン回転器で構成され、少なくとも１つの前記スピン回転器がウィーンフィルタタイプである、
ことを特徴とする荷電粒子スピン検出器。
【請求項１１】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とするスピン分解光電子分光装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とするアトムプローブ顕微鏡。
【請求項１３】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とする電界イオン顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とする走査イオン顕微鏡。
【請求項１５】
請求項１に記載の荷電粒子スピン検出器を備えた、
ことを特徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。
【請求項１６】
電子のスピン偏極を検出し試料観測を行うスピン偏極走査電子顕微鏡であって、
１次電子線を放出する電子銃と、
前記１次電子線が照射される試料を搭載する試料ステージと、
前記１次電子線の照射により前記試料から放出される２次電子を収束する２次電子収集光学系と、
収集した前記２次電子を搬送する２次電子搬送光学系と、
搬送された前記２次電子のスピン偏極を検出するスピン検出器と、
前記スピン検出器の出力信号を信号処理する信号処理部を備え、
前記スピン検出器は、
勾配を有する磁場を前記２次電子に対して印加する一対の磁極と、
前記２次電子が前記磁場から受けるローレンツ力を相殺する電場を前記２次電子に印加するための一対の電極とを備えた、
ことを特徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。
【請求項１７】
請求項16に記載のスピン偏極走査電子顕微鏡であって、
前記２次電子搬送光学系と前記スピン検出器との間に、前記２次電子の電子スピンの向きを回転させる機構を設置した、
ことを特徴とするスピン偏極走査電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内で動作し、荷電粒子個々の磁気モーメントを検出する分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子のスピンを分解する手法として、シュテルン・ゲルラッハ法（Stern Gerlach method）が知られている（非特許文献１）。その原理を図１に示す。まず、図１Ａのように、中性子104の軌道に垂直方向成分の大きな磁場が印加され、その磁場強度が垂直方向に勾配を持つような空間を考える。磁場は、中性子104の進行方向に対して垂直な位置に配置された一対の磁極により印加される。うち一方の磁極は中性子の軌道に対して凹面を有しており、もう一方の磁極は、当該凹面に対して凸面を持つ。当該凸面磁極から発生された磁場が凹面に到達することにより、上記の勾配をもつ磁場が形成される。ここでは荷電粒子軌道から見て上方が磁力線の密度が高くなっている。そこに、図１Ｂのように、磁場勾配の向きに対して平行と反平行の磁気モーメントを持つ中性子を入射させると、それぞれ上方向と下方向の力を受け、その力のために軌道が変化して磁気モーメントを分解することができる。磁場勾配から受ける力は微小であっても、中性子はそれ以外に力を受けないために、軌道変化による磁気モーメントの分解が可能となる。また、仮に中性子の磁気モーメントが横方向成分を持っていたとすると、その成分は磁場方向を回転軸とした歳差運動をするので一定には保たれず、かつ磁場勾配による力も受けない。この方式を利用した磁気モーメント検出に関する特許もいくつか公開されている（例えば，特許文献１、２）。
【０００３】
上記の効果による中性子軌道の分離は微小なため、実際にはこれを２つ組み合わせたラビ法（Rabi method）により、磁気モーメントの向きによる収束作用の違いを利用した方法を開発している（非特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開2001-099815号公報
【特許文献２】特開平07-174831号公報
【非特許文献１】新物理学シリーズ２７、山内恭彦監修、“スピンと偏極”、p57（１９９４年１０月、培風館発行）
【非特許文献２】新物理学シリーズ２７、山内恭彦監修、“スピンと偏極”、p62（１９９４年１０月、培風館発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このシュテルン・ゲルラッハ法を電子やイオンなどの荷電粒子に適用することはできない。それは、荷電粒子が磁場中を通過する場合、たとえ数eVの微小なエネルギーであっても、磁場勾配から磁気モーメントが受ける力よりも圧倒的に大きいローレンツ力を受けるために、磁場勾配が磁気モーメントに及ぼす力による軌道の差は分解できなくなってしまうからである。例えば図１において、中性子が荷電粒子だったとすると、荷電粒子はその磁気モーメントと磁場勾配の相互作用によって縦方向に力を受けるが、それよりも格段に大きなローレンツ力を横方向に受ける。しかも、そのローレンツ力は磁場勾配があるために荷電粒子の位置によって違うため、荷電粒子軌道は分散してしまう。結果として、軌道による磁気モーメントの分解は不可能となる。そのため、例えば電子の磁気モーメントを検出する方法としては、モット散乱（例えばジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス45号、6468頁（2006）(Jpn.J.Appl.Phys. 45, 6468 (2006))等、効率が通常の電子検出器の3桁以上低い手法が主流になっている。
【０００６】
本発明の目的は、荷電粒子が持つ磁気モーメントを高効率で分解できる荷電粒子スピン検出器、及びそれを用いた各種応用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、上記の目的を達成するため、勾配を有する磁場を入射荷電粒子に対して印加するための一対の磁極と、当該荷電粒子が当該磁場から受けるローレンツ力をキャンセルする電場を荷電粒子に印加するための電極とを備え、磁場勾配と荷電粒子が持つ磁気モーメントの相互作用によって前記荷電粒子の磁場方向の磁気モーメントを分解する荷電粒子スピン検出器、及びそれを用いた応用装置を構成する。
【０００８】
また、本発明において、磁極や電極の形状は極めて重要であり、磁極はN側とＳ側で凸凹型などの形状の違うものを用いることにより、荷電粒子軌道上において磁場勾配を容易につくることができる。更に、電極に関しても一様な電場を作り出すものではなく、荷電粒子が軌道上において受けるローレンツ力をキャンセルするようなものが好適であり、例えば2枚の平板電極を、互いに平行ではなく傾斜角を持たせて配置する。更にまた、これら一対の電極を双曲柱、或いはそれを近似した角柱で構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、個々の荷電粒子が持つ磁気モーメントを分解することができ、格段に効率のよい荷電粒子スピン検出器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、荷電粒子の持つ磁気モーメントを高効率で分解する検出器を提供する。本発明の種々の実施例を説明する前に、その基本構造について図２Ａ，２Ｂと図３とを用いて説明する。
【００１１】
図２Ａ，２Ｂは、本発明で用いる荷電粒子スピン検出器の基本構造を示す。図２Ａに示すように、シュテルン・ゲルラッハ法と同様に、N極の磁極201とS極の磁極202は異なる形状を持ち、図２Ａに示される構成では、S磁極が入射荷電粒子の軌道側に凹面、N磁極が凸面として形成されている。2つの電極203は同じ平板形状であるが、N磁極の長手方向中心軸に対して傾けて配置することにより曲率のある電場を作り出すようにしている。このような状態で発生する磁力線204と電気力線205は、ともに場所によって向きや密度が異なるものとなる。その状態で、図２Ｂのように、荷電粒子206を図面垂直方向に入射させる。荷電粒子は磁力線204からローレンツ力を受けるが、それをキャンセルするような静電気力を電気力線205から受ける。つまりそのような磁力線204と電気力線205を発生させなくてはいけない。その場合、荷電粒子206が受ける力は、磁場勾配から受ける力207のみになり、その力は荷電粒子の磁気モーメント206によって向きが違うので、荷電粒子の磁気モーメントを軌道の違いとして分解することができる。
【００１２】
図３に、図２Ａ，２Ｂに示した荷電粒子スピン検出器を、図２Ｂの紙面縦方向に切った断面構造を示す。本図において、荷電粒子304は紙面右側から磁極301と302、電極303に向かって入射し、そこで磁場勾配より磁気モーメントの向きに応じた力を受け、磁極301と302、電極303を通過する間に軌道が変化する。軌道が分離した荷電粒子はそれぞれ荷電粒子検出器305で捕獲され、それらの磁気モーメントを分解することができる。
【００１３】
従来から使われているモット検出器の効率は1x10-4乗程度で、その効率向上が大きな課題である。本発明によるスピン検出器は、磁場勾配による軌道の分離が充分大きくできれば、理論上は効率を１にできる。つまり従来のモット検出器の4桁程度効率を向上させることができる。
【００１４】
前述の磁場勾配から電子スピンが受ける力による偏向量であるが、仮に1T/mの磁場勾配中を、加速10Vの電子が1m進む際に受ける偏向量は、1.4umである。この偏向量は電子の進行距離の2乗に比例する。
【００１５】
また、上述したように、磁極はN側とＳ側で形状の違うものを用いると、荷電粒子軌道上において磁場勾配を容易につくることができる。また、電極に関しても一様な電場を作り出すものではなく、荷電粒子が軌道上において受けるローレンツ力をキャンセルするようなものとするため、例えば2枚の平板電極を、互いに平行ではなく傾斜角を持たせて配置することが考えられる。また、電極を双曲柱、或いはそれを近似した角柱を用いることも考えられる。電極の表面形状（少なくとも荷電粒子線の軌道側に向いた側）を双曲柱状もしくは角柱状にすることにより、等電位面あるいは等磁気ポテンシャル面が双曲線状になり、優れた収束作用を得ることができる。
【実施例１】
【００１６】
以下、図４を用いて第一の実施例を説明する。
【００１７】
図４に、図２Ａ，２Ｂ，３で説明した基本構成を応用した具体的実施例１を示す。前述の磁極と電極の組み合わせを複数個準備し、それを荷電粒子軌道方向に並べたものである。一組の磁極と電極のペアが持つ磁場勾配から荷電粒子の磁気モーメントが受ける力が充分ではない場合、それらの組み合わせを複数個準備し、磁場勾配から受ける力を積分することによって、充分な軌道の変化を得ることができる。
【００１８】
本実施例では、荷電粒子は最初に磁極401と402、電極403に入射する。ここでも前述の基本構成同様、ローレンツ力と静電気力はキャンセルさせるものとする。その後、荷電粒子は磁極404と405、電極406に入射する。ここで、磁極401と402、404と405では逆方向の磁場を作り出すようにして、また磁極の形も逆転させているので磁力線の密度分布も逆になる。その結果、磁場勾配の向きは同じになる。従って、荷電粒子の磁気モーメントが磁極401と402、404と405が作り出す磁場勾配から受ける力は同じ方向になる。但し、それぞれの磁極が作り出す磁場の向きが異なるので、ローレンツ力は逆方向になり、お互いにキャンセルするようにできる。つまり仮に静電気力でローレンツ力のキャンセルが完全にできなかった場合でも、このように複数個の電極、磁極の組み合わせをうまく配置すれば、ローレンツ力をキャンセルすることができる。
【００１９】
本実施例においては、その後荷電粒子は磁極407と408、電極409、そして磁極410と411、電極412に入射する。ここでも磁極407と408が作り出す磁場の方向、磁力線密度の勾配は磁極410と411が作り出すものと逆方向になっている。このように、磁極と電極の組み合わせを適当な個数配列することによって、磁場勾配から受ける力は増強し、ローレンツ力等他から受ける力は小さくすることができるので、磁気モーメントの分解能力を向上させることができる。このローレンツ力のキャンセルの観点からすると、磁極と電極の組み合わせの数は偶数個であることが望ましい。もちろん、すべての組み合わせにおいて、荷電粒子の光軸410は一致させておく必要がある。
【実施例２】
【００２０】
図５は、第二の実施例の構成を示す図である。前述した手法では、電子線の進行方向に垂直な一方向のスピンしか分解できない。荷電粒子スピン検出器で他の方向のスピンを分解するためには、入射する前に検出不可能方向のスピンを検出可能方向に回転させる必要がある。本実施例においては、このような役目を果たせる、１つ或いは２つのスピン回転器506、507を、荷電粒子スピン検出器の前に配置することにより、他の方向のスピンも検出できる構成とした。スピン回転器としては、電場と磁場がお互いと荷電粒子軌道に直交したウィーンフィルタと呼ばれるエネルギー分析器と同様の構造をしたもの（例えばレビュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメンツ75号、2003頁（2004）（Rev. Sci. Instrum. 75, 2003 (2004)）や、ソレノイドコイルなどが考えられる。
【００２１】
ウィーンフィルタタイプのもの２つ、或いはウィーンフィルタタイプとソレノイドタイプとの組み合わせにより、どのような方向を向いている電子スピンでも、本実施例による荷電粒子スピン検出器で検出できる方向に向かせることができる。例えば、スピン回転器を全く動作させない場合では図５において紙面縦方向のスピン成分を検出できる。また図５に示す実施例では、荷電粒子軌道に平行なスピン成分を検出している。この他に、荷電粒子スピンを図５において縦方向を回転軸に90度回転させれば、紙面垂直方向のスピン成分を検出できる。以上の3方向のスピンを検出することにより、荷電粒子がもつスピンの向きを3次元的に決定することができる。
【実施例３】
【００２２】
図６は第三の実施例を示す図であり、図４で示した実施例２の構成と前述のラビの手法を組み合わせた構成を有するものである。ここでは、荷電粒子線に収束作用を持たせながら勾配磁界中を透過する過程を考える。荷電粒子601は図面右から左方向へ運動し、磁気モーメント602を持っており、前述の実施例同様、磁場勾配を作り出している磁極603と604の間を透過する。ローレンツ力をキャンセルするための電極は本図では省略している。例えば荷電粒子601は、磁気モーメント602と磁場勾配との相互作用により、図中上向きに力を受けたとする。その後荷電粒子601は、図面垂直方向に磁場が印加されている領域605を通過する。この際に印加される磁場のために、磁気モーメントはラーモア歳差運動をするため回転する。そして磁場の強度を調節することにより、磁気モーメントが反転した段階で、再び磁場勾配を作り出している磁極606と607の間を透過させる。この磁極606と607内の磁場勾配は、磁極603と604のものと比べて、磁場の極性を反転するか或は勾配の向きを逆にすることにより、反転した磁気モーメント602が磁場勾配より前段同様上向きの力を受けるようにする。
【００２３】
このように2段の磁場勾配を通過することによって、荷電粒子601の軌道は上向きに若干ずれることになる。もし、荷電粒子が磁気モーメントを持っていなければ、荷電粒子線は収束点609にフォーカスするが、磁気モーメントの大きさによって、収束点609から離れた位置608に到達するようになる。このように、収束点での荷電粒子線の収束特性を調べることにより、それらの磁気モーメントの大きさや向きに関する情報を引き出すことができる。本実施例では磁極のペアを2組にしているが、もちろん2組以上であってもよく、個数をふやせば磁気モーメントによる荷電粒子収束ポイントのずれを大きくできる利点がある。
【実施例４】
【００２４】
図7は、第四の実施例の構成を示す図である。前述の、磁界勾配を作り出す磁極と荷電粒子が受けるローレンツ力をキャンセルするための電極を1つのユニット701として、複数のユニット円周上に並べる。但し荷電粒子702が入射する部分を空けておく必要がある。このユニットに図6に示した実施例にある磁気モーメントを反転させるための磁場を発生させる磁極を入れてもよい。このような状態で荷電粒子702をこの円周に入射させ、ユニット内の電磁場を制御して荷電粒子に円周上を回転運動させるようにする。本実施例では、ユニット内で磁場は図面垂直方向に向いており、図面垂直方向の磁気モーメントを分解することを想定している。個々のユニット内での荷電粒子の磁気モーメントが受ける力は弱いが、円運動を何周も行い、円周上に並べた複数のユニットを何回も通過するので、磁気モーメントが磁場勾配から受ける力をうまく積分してやれば、大きな軌道の違いとなって表れる。そして、その軌道の変化が充分大きくなると、荷電粒子軌道から少し図面垂直方向に離れた位置においている荷電粒子検出器703に入射し、カウントされる。このような荷電粒子の円運動を利用すれば、微弱な力を積分して、磁気モーメントを分解することができる。
【００２５】
なお、図７ではユニッ701が７個の例を示したが、この個数は７個に限定されないことは言うまでもない。
【実施例５】
【００２６】
図８に上述した荷電粒子スピン検出器を搭載したスピン偏極走査電子顕微鏡の実施例を示す。スピン偏極走査電子顕微鏡とは、磁性体試料から放出された2次電子の持つスピン偏極度をマッピングすることにより磁区像を得る装置で、例えば特開昭60-177539号公報等でその概要は公開されている。電子銃801から放出された1次電子線802は試料ステージ803にセットされている試料804に照射される。ここまでは通常のSEMと同じであるが、スピン偏極走査電子顕微鏡では試料近辺に2次電子収集光学系805を配置し、極力多くの2次電子806を搬送し、それらのスピンを分解する必要がある。そのため、2次電子806を搬送する2次電子搬送光学系807を配置し、それら光学系のレンズ特性を調節しながらスピン検出系に搬送しなくてはいけない。2次電子収集光学系805並びに2次電子搬送光学系807の各電子レンズに印加するべき電圧の一例を図に示している。
【００２７】
2次電子806はその後スピン回転器808に到達し、検出したい電子スピンの成分を荷電粒子スピン検出器809で検出可能な方向に回転させた後、荷電粒子スピン検出器809へ搬送される。スピン回転器808は前述した実施例２のように２つ搭載すると、どの方向のスピンも検出可能方向に向けてやることができる。荷電粒子スピン検出器809は、例えば拡大図で示しているように、図７に示した実施例４に示したような構造を持つものが良い。
【００２８】
荷電粒子スピン検出器809からの信号は、信号処理部である信号処理システム810に入って、画像処理部である画像処理システム811で磁区像が作成される。この画像処理システム812は、スピン回転器808も制御し、どの方向のスピンを画像化するかを選択できるようにしておく。またこの画像処理システム811は、電子銃801を制御する電子線コントローラー812にも繋がっており、1次電子線802の試料上の位置と信号処理システム810からの信号を融合させて磁区像を作り出している。尚、1次電子線802や試料ステージ803、試料804、2次電子806、2次電子収集光学系805、2次電子搬送光学系807、スピン回転器808、荷電粒子スピン検出器809を覆っている真空チャンバは本図では省略している。上記のスピン偏極走査電子顕微鏡は既に報告されている技術ではあるが、上述した荷電粒子スピン検出器809を搭載することにより、従来よりも格段にS/Nの良いデータを得ることができ、また短時間での大量のデータ取得が可能なスピン偏極走査電子顕微鏡を提供できることとなる。
【実施例６】
【００２９】
図9に、荷電粒子スピン検出器を搭載したアトムプローブ或は電界イオン顕微鏡の実施例を示す。アトムプローブは、先鋭化した試料に電界をかけて、それにより試料先端から放出される原子の放出方向や検出器までの飛行時間を計測することにより、原子位置や原子の種類を推定するものである。電界イオン顕微鏡は飛行時間の測定を行わない点以外は基本的にはアトムプローブと同じである。そのようなアトムプローブ用試料901を用意し、電界を印加して先端から原子902を放出させる。放出した原子のうち、特定の方向に飛び出した原子をアパーチャ903を用いて選択し、その原子を上述した荷電粒子スピン検出器904に取り込む。これにより、原子の持つ磁気モーメントの情報を、アトムプローブや電界イオン顕微鏡における測定で得る事ができ、従来は得られなかった各原子の磁化情報を得ることができる。
【実施例７】
【００３０】
図10に荷電粒子スピン検出器を搭載した走査イオン顕微鏡の実施例を示す。加速されたイオンビーム1001が試料1002に入射すると、試料表面の原子が弾き出され、真空内に飛び出していく。この原子1003を本発明における荷電粒子スピン検出器1004に取り込めば、試料のもつ磁化ベクトルに関しての知見を得ることができる。またこの方法により入射イオンビームを走査してやれば、試料表面上の磁区像を得ることができる。この際、イオンビーム1001により試料面から内部の電子も放出され、それを荷電粒子スピン検出器1004に導けば、スピン偏極走査電子顕微鏡と同様の情報を得ることができる。いうまでもなく、この実施例において、イオンビームを1次電子線に置き換えると、スピン偏極走査電子顕微鏡の実施例になる。
【実施例８】
【００３１】
図11に、荷電粒子スピン検出器を搭載した光電子分光装置の実施例を示す。所定のエネルギーを持った電磁波1101が試料1102に入射すると、入射した電磁波のエネルギーに対応した準位にある電子が光電子1103として真空内に飛び出していく。この光電子1103を本発明における荷電粒子スピン検出器1104に取り込めば、試料1102を構成する各元素が持つ磁気モーメントに関しての知見を得ることができる。この方式はスピン分解光電子分光として知られている手法であるが（例えばジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス35号、6314頁（1996）(Jpn.J.Appl.Phys. 35, 6314 (1996))、従来はモット検出器を使っており、その感度は充分ではない。上述した荷電粒子スピン検出器1104を搭載することにより、従来よりも格段にS/Nの良いデータを得ることができ、また短時間での大量のデータ取得が可能となる。
【実施例９】
【００３２】
図12は、荷電粒子検出器の好適な構造に関する実施例である。N極の磁極1201とS極の磁極1202は図２に示した実施例の構造と同じであるが、ローレンツ力をキャンセルする電場を作り出す電極1203を双曲柱形状にして、結果として磁力線1204と電気力線1205ともに曲率をもったものにしている。これは、電場と磁場がお互いと荷電粒子軌道に直交している場においては、双曲線状の等電位面や等磁気ポテンシャル面が荷電粒子線の収束作用に有利であり（例えば、レビュー・オブ・サイエンティフィック・インスツルメンツ66号、5537頁（1995）(Rev.Sci.Instrum. 66, 5537 (1995))、本荷電粒子スピン検出器でも同様の効果が期待できるためである。
【実施例１０】
【００３３】
図13は、荷電粒子検出器の他の構造に関する実施例である。N極の磁極1301とS極の磁極1302は図２の実施例の構造と同じであるが、ローレンツ力をキャンセルする電場を作り出す電極1303を双曲柱に近似した角柱にしている。図12のような双曲柱形状を正確に作ることは容易でないが、このような角柱形状で近似すると製作は容易である。結果として、得られる磁力線1304と電気力線1305ともに曲率をもったものになり、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】中性子の磁気モーメントを分解するシュテルン・ゲルラッハ法の原理を説明するための、磁極とそれらが作り出す勾配のついた磁場並びに中性子線の位置関係を示す図である。
【図１Ｂ】中性子の磁気モーメントを分解するシュテルン・ゲルラッハ法の原理を説明するための、磁場勾配より中性子線の磁気モーメントが受ける力を示す図である。
【図２Ａ】本発明の荷電粒子スピン検出器の磁極、電極とそれらが作り出す磁場と電場の関係を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の荷電粒子スピン検出器における、荷電粒子の磁気モーメントとそれらが磁場勾配より受ける力を示す図である。
【図３】本発明の荷電粒子スピン検出器で、荷電粒子の軌道が分解される様子を示す図である。
【図４】第１の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。
【図５】第２の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。
【図６】第３の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。
【図７】第４の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構成を示す図である。
【図８】第５の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、スピン偏極走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。
【図９】第６の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、アトムプローブ或は電界イオン顕微鏡の要部構造を示す図である。
【図１０】第７の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、走査イオン顕微鏡の要部構造を示す図である。
【図１１】第８の実施例に係る、荷電粒子スピン検出器を搭載した、スピン分解光電子分光装置の要部構造を示す図である。
【図１２】第９の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。
【図１３】第１０の実施例に係る荷電粒子スピン検出器の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
101…磁極（N極）、102…磁極（S極）、103…磁力線、104…中性子線入射方向、105…中性子とその磁気モーメントの向き、106…中性子が磁場勾配から受ける力の向き、
201…磁極（N極）、202…磁極（S極）、203…電極、204…磁力線、205…電気力線、206…荷電粒子とその磁気モーメントの向き、207…荷電粒子が磁場勾配から受ける力の向き、
301…磁極（N極）、302…磁極（S極）、303…電極、304…荷電粒子、305…荷電粒子検出器、
401…磁極（N極）、402…磁極（S極）、403…電極、404…磁極（S極）、405…磁極（N極）、406…電極、407…磁極（N極）、408…磁極（S極）、409…電極、410…磁極（N極）、411…磁極（S極）、412…電極、413…荷電粒子の光軸、
501…磁極（N極）、502…磁極（S極）、503…電極、504…荷電粒子、505…荷電粒子検出器、506…スピン回転器、507…スピン回転器、
601…荷電粒子、602…荷電粒子の磁気モーメント、603…磁極（S極）、604…磁極（N極）、605…磁場印加領域、606…磁極（N極）、607…磁極（S極）、608…磁気モーメントを持つ荷電粒子線到達点、609…磁気モーメントを持たない荷電粒子線収束点、
701…磁場勾配を作り出す磁極とローレンツ力をキャンセルする電極のユニット、702…荷電粒子、703…電子検出器、
801…電子銃、802…1次電子線、803…試料ステージ、804…試料、805…2次電子収集光学系、806…2次電子、807…2次電子搬送光学系、808…スピン回転器、809…荷電粒子スピン検出器、810…信号処理システム、811…画像処理システム、812…電子線コントローラー
901…アトムプローブ試料、902…試料から放出された原子、903…アパーチャ、904…荷電粒子スピン検出器、
1001…入射イオンビーム、1002…試料、1003…試料から放出した原子、1004…荷電粒子スピン検出器、
1101…電磁波、1102…試料、1103…試料から放出した光電子、1104…荷電粒子スピン検出器、
1201…磁極（N極）、1202…磁極（S極）、1203…電極、1204…磁力線、1205…電気力線、
1301…磁極（N極）、1302…磁極（S極）、1303…電極、1304…磁力線、1305…電気力線。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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