(57)【要約】【課題】  高い空間分解能と時間分解能を伴い、簡易かつ低コストで実現できる実用的な可視・紫外光磁気円二色性測定手段を提供する。【解決手段】磁性体試料に対して励起用の円偏光を照射して光電子放出を計測し、磁性体試料の観察データを得る磁気円二色性測定方法であって、励起用の円偏光として可視・紫外光を用い、その光エネルギーが前記磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節する磁気円二色性測定方法。この方法を具体化した磁気円二色性光電子放出顕微鏡。【選択図】図４
2008066080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体試料に対して励起用の円偏光を照射して光電子放出を計測し、磁性体試料の観察データを得る磁気円二色性測定方法であって、
前記励起用の円偏光として可視・紫外光の円偏光を用いると共に、その光エネルギーが前記磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節することを特徴とする磁気円二色性測定方法。
【請求項２】
前記可視・紫外光が波長２００〜８００ｎｍの可視光ないし紫外光であることを特徴とする請求項１に記載の磁気円二色性測定方法。
【請求項３】
前記光エネルギーが仕事関数の１eV以内の近傍領域にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気円二色性測定方法。
【請求項４】
前記円偏光がレーザー光であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の磁気円二色性測定方法。
【請求項５】
前記レーザー光が波長可変のレーザー光であり、及び／又は、パルスレーザー光であることを特徴とする請求項４に記載の磁気円二色性測定方法。
【請求項６】
前記磁性体試料の円偏光照射面に仕事関数が低い材料の薄膜をコーティングすることにより、磁性体試料の仕事関数を実質的に引下げることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の磁気円二色性測定方法。
【請求項７】
少なくとも、磁性体試料を定置する試料定置部と、定置される磁性体試料に対して励起用円偏光を照射するための照射部と、磁性体試料からの光電子放出を計測するための計測部とを含んで構成される磁気円二色性光電子放出顕微鏡であって、
前記照射部には、光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節した可視・紫外光を出力する光源と、この可視・紫外光を円偏光に変換する変換素子とを備えていることを特徴とする磁気円二色性光電子放出顕微鏡。
【請求項８】
前記変換素子が、偏光子と、光弾性変調器又は１／４波長板からなる円偏光変調素子とを含むことを特徴とする請求項７に記載の磁気円二色性光電子放出顕微鏡。
【請求項９】
前記可視・紫外光がレーザー光であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の磁気円二色性光電子放出顕微鏡。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９のいずれかに記載の磁気円二色性光電子放出顕微鏡と、この顕微鏡の試料定置部に定置された磁性体試料とを含んで構成されることを特徴とする磁気円二色性光電子放出顕微鏡システム。
【請求項１１】
前記磁性体試料が磁性薄膜であることを特徴とする請求項１０に記載の磁気円二色性光電子放出顕微鏡システム。
【請求項１２】
前記磁性体試料における円偏光照射面に仕事関数が低い材料の薄膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の磁気円二色性光電子放出顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気円二色性測定方法、磁気円二色性光電子放出顕微鏡、及び磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムに関する。更に詳しくは、本発明は、可視・紫外光を励起用光源としながら高い磁気円二色性コントラストを確保することにより、初めて紫外・可視光を用いた磁気円二色性測定を実用可能とした磁気円二色性測定方法と、この方法の原理に基づいて構成された磁気円二色性光電子放出顕微鏡と、この顕微鏡及び磁性試料を含んで構成される磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
物質にＸ線や紫外線等を照射すると、一定のしきい値以上の光エネルギーでは光励起された物質内の電子が物質表面から放出される。このしきい値を仕事関数と言う。この光電子放出現象は電子物性の研究手段として広く利用されている。一方、光学活性物質はその吸収帯の波長領域で左右の円偏光に対するモル吸光度が異なると言う円二色性を示すが、磁性体においては、光学不活性なものでも円二色性を示す。これは「磁気円二色性」と呼ばれる。
【０００３】
これらの現象に基づけば、磁性体試料に対して励起用の円偏光を照射し、その際の光電子放出における円二色性を計測して、磁性体試料の磁気構造等を観察することが可能となる。この原理を装置として具体化したものが磁気円二色性光電子放出顕微鏡であり、例えば、磁性薄膜の微細磁気構造の直接観察等において、最も適当な観察手段の一つとして広く用いられている。
【特許文献１】特開２００５−１０６５４７号公報  例えば、上記の特許文献１には、仕事関数分布測定や磁気ドメイン分布測定等の高分解能測定を行うための光源システムを備えた光電子顕微鏡と、この光電子顕微鏡を用いた高感度測定方法とが開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、磁気円二色性測定としては、照射光のエネルギー範囲に応じて、放射光円偏光Ｘ線を用いるＸ線磁気円二色性測定と、紫外光（あるいは可視・紫外光）円偏光を用いる可視・紫外光磁気円二色性測定とが考えられる。
【０００５】
Ｘ線磁気円二色性測定では、例えば１０％以上と言う大きな磁気円二色性コントラストを容易に得ることができるため、実用的な磁気円二色性測定を行うことができる。磁気円二色性が生じる起源であるスピン軌道相互作用が概して物質原子の内殻で大きく、高エネルギーであるＸ線は試料物質の内殻電子を放出させるため、大きな磁気円二色性コントラストが得られるのである。
【０００６】
しかしながら、Ｘ線磁気円二色性測定は幾つかの大きな不具合を伴っていた。即ち、この手法では「第三世代シンクロトロン放射光源」と呼ばれる巨大な加速器を用いて強力な円偏光Ｘ線を得る必要があるが、我が国では現在、このような加速器としては兵庫県の西播磨地方にある「ＳＰｒｉｎｇ−８」のみが利用可能である。従って、コスト面、実際に使用できる機会、地理的な利便性等の面で、研究者にとっては非常に制約が大きかった。
【０００７】
更に、このＸ線光源では時間分解能が１００ＰＳ程度であり、時間分解能が低い。そのため、例えば超高速スピンダイナミクス追跡（１ＰＳ以下の非常に速い時間単位で、スピンの向きがどう変わっていくか、即ち「０」か「１」かの磁気情報がどういう過程で変わっていくかと言う追跡）等の研究目的には、時間分解能が全く不足していた。
【０００８】
これに対して、可視・紫外光磁気円二色性測定の試みは、今までのところ実質的に放棄されている。なぜなら、可視・紫外光を用いる場合、Ｘ線磁気円二色性測定に比較して磁気円二色性コントラストが数桁も落ち、実用的な磁気円二色性測定が不可能であると考えられているからである。そのことは、「低エネルギーの可視・紫外光は試料物質の価電子を放出させるが、価電子ではスピン軌道相互作用が非常に小さい」と言う理論的根拠に裏付けられてもいた。
【０００９】
実際、磁性薄膜の可視・紫外磁気光学 Kerr 効果では、 Kerr 回転角や楕円率が１ mrad 以下（即ち、磁気円二色性コントラストが０．１％以下）であって、Ｘ線磁気円二色性測定における前記した１０％と言う数値には、遠く及ばない。又、本願発明者が知る限りにおいて唯一、下記の非特許文献１でＵＶ磁気線二色性（ＭＬＤ）光電子放出顕微鏡の測定結果を報告しているが、この報告によれば、１００ｎｍと言う厚いFe膜を使用しても、ＭＬＤコントラストは０．３７％に過ぎなかった。
【非特許文献１】G.K.L. Marx et al. "Magneto-optical Linear Dichroism in Threshold Photoemission Electron Microscopy of Polycrystalline Fe Films", Phys. Rev. Lett. 84(2000)5888  しかしながら、「磁気円二色性コントラストが非常に低い」と言う可視・紫外光磁気円二色性測定の問題点が若し解決され、実用的な可視・紫外光磁気円二色性測定法が提供されたと仮定した場合、次のような多くの利点が得られる。
【００１０】
即ち、第１に、可視・紫外光を利用する場合には磁気円二色性光電子放出顕微鏡装置を実験室レベルの設備投資で簡易に構築することができ、Ｘ線磁気円二色性測定における第三世代シンクロトロン放射光源のような特別な装置に依存する必要がなくなる。第２に、光源として可視・紫外領域のパルスレーザーを用いればＦＳ（フェムト秒）レベルの時間分解能を実現できるので、前記した超高速スピンダイナミクス追跡等の研究目的にも十分に対応することができる。
【００１１】
そこで本発明は、可視・紫外光を励起用光源としながら高い磁気円二色性コントラストを確保できる方法を提供し、これによって紫外・可視光磁気円二色性測定を実用可能とすることを、解決すべき技術的課題とする。
【００１２】
〔本発明の基礎となった新規知見〕
本願発明者は、上記課題の解決手段を追求する過程で、可視・紫外レーザーを用いて、磁性薄膜試料の仕事関数を変化させながら、紫外・可視光磁気円二色性の仕事関数依存性を観測した。その結果、レーザーの光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にある際には磁気円二色性が極端に大きく、仕事関数の近傍領域を外れると急速に小さくなることを突き止めた。そして、仕事関数の近傍領域における磁気円二色性コントラストは、Ｘ線を用いた場合の磁気円二色性と遜色のないものであった。本発明はこの新規知見に基づいて完成された。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（第１発明）
上記課題を解決するための本願第１発明の構成は、磁性体試料に対して励起用の円偏光を照射して光電子放出を計測し、磁性体試料の観察データを得る磁気円二色性測定方法であって、前記励起用の円偏光として可視・紫外光を用いると共に、その光エネルギーが前記磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節する、磁気円二色性測定方法である。
【００１４】
上記の第１発明において、「光電子放出を計測し、磁性体試料の観察データを得る」ための方法としては、左右の円偏光の光電子収量差を求める方法の他に、左右の円偏光の内の一方の円偏光の光電子収量を求める方法もあり得る。前者の方法では、例えば、可視・紫外光を円偏光に変換するための１／４波長板を左右の円偏光を交互にとり出せるよう回転させ、後者の方法では、１／４波長板を左右の円偏光のいずれかをとり出すよう固定させる。
【００１５】
又、可視・紫外光の光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節する手段としては、例えば磁性体試料の仕事関数に対応して適宜な波長の可視・紫外光を選択して用いると言う手段や、後述の第６発明のように、磁性体試料の仕事関数の方を励起用円偏光の光エネルギーに略一致するように調節すると言う手段を例示することができる。
【００１６】
第１発明によれば、光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にある可視・紫外光の円偏光を用いて磁気円二色性測定を行うので、前記の知見のようにＸ線を用いた場合と遜色のない大きな磁気円二色性コントラストが得られ、実用的な磁気円二色性測定を容易に行うことができる。そして可視・紫外光を光源とする点から、Ｘ線を用いる場合とは異なり磁気円二色性光電子放出顕微鏡装置を実験室レベルの設備投資で簡易に構築できる。更に、顕微鏡の時間分解能も著しく向上する。
【００１７】
従って第１発明の磁気円二色性測定方法を利用すれば、コンピュータのハードディスク等の磁性試料におけるナノスメートルスケールの極めて微細な磁気構造の観察や、前記した超高速スピンダイナミクス追跡のようなフェムト秒レベルの時間分解能を要求される研究も可能になる。
【００１８】
（第２発明）
上記課題を解決するための本願第２発明の構成は、前記第１発明に係る可視・紫外光が波長２００〜８００ｎｍの可視光ないし紫外光である、磁気円二色性測定方法である。
【００１９】
本発明の磁気円二色性測定方法において、利用する可視・紫外光の波長は必ずしも限定されないが、第２発明のように、波長が２００〜８００ｎｍの範囲内のものが特に好ましい。
【００２０】
なお、波長が４００〜８００ｎｍの範囲内の光（可視光）は、光エネルギーがかなり低く、一般的にはその光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域に達しない場合も多い。しかし、第６発明に関して後述するように、仕事関数が低い材料の薄膜を磁性体試料にコーティングすることで、このような難点を解決することが可能である。
【００２１】
（第３発明）
上記課題を解決するための本願第３発明の構成は、前記第１発明又は第２発明に係る光エネルギーが仕事関数の１．０ eV 以内の近傍領域にある、磁気円二色性測定方法である。
【００２２】
本発明の磁気円二色性測定方法において、「光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にある」と言うときの「近傍領域」とは、より具体的に言えば、例えば第３発明で規定するようなエネルギー範囲である。とりわけ、光エネルギーが仕事関数の０．０〜０．２ eV 以内の近傍領域にあることが好ましい。
【００２３】
（第４発明）
上記課題を解決するための本願第４発明の構成は、前記第１発明〜第３発明のいずれかに係る円偏光がレーザー光である、磁気円二色性測定方法である。
【００２４】
第４発明によれば、励起用の円偏光がレーザー光であるため、例えば第５発明で後述するような有利な選択肢が可能となる他、高出力である等の利点も期待できる。
【００２５】
（第５発明）
上記課題を解決するための本願第５発明の構成は、前記第４発明に係るレーザー光が波長可変のレーザー光であり、及び／又は、パルスレーザー光である、磁気円二色性測定方法である。
【００２６】
第５発明のように、励起用の円偏光として波長可変のレーザー光を用いると、その光エネルギーを磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節することが容易である。又、励起用の円偏光としてパルスレーザー光を用いると、フェムト秒のパルス幅をもつレーザーを用いることで、フェムト秒時間分解能をもつ磁気円二色性測定が可能となる。
【００２７】
（第６発明）
上記課題を解決するための本願第６発明の構成は、前記第１発明〜第５発明のいずれかに係る磁性体試料の円偏光照射面に仕事関数が低い材料の薄膜をコーティングすることにより、磁性体試料の仕事関数を実質的に引下げる、磁気円二色性測定方法である。
【００２８】
第６発明によれば、種々の理由により「可視・紫外光の光エネルギーを磁性体試料の仕事関数の近傍領域に調節」することが困難である場合、例えば、通常の磁性体試料の仕事関数より光エネルギーが低い可視光を励起用円偏光として用いたい場合、磁性体試料の仕事関数を実質的に引下げることにより、有効に目的を達成できる。
【００２９】
上記のような手段で磁性体試料の仕事関数を実質的に引下げる方法は、それ自体としては従来から知られている。しかし、磁気円二色性測定において、励起用の可視・紫外光の光エネルギーと磁性体試料の仕事関数とを略一致させる目的でこのような手段を採用することは、前例がない。
【００３０】
（第７発明）
上記課題を解決するための本願第７発明の構成は、少なくとも、磁性体試料を定置する試料定置部と、定置される磁性体試料に対して励起用円偏光を照射するための照射部と、磁性体試料からの光電子放出を計測するための計測部とを含んで構成される磁気円二色性光電子放出顕微鏡であって、前記照射部には、光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節した可視・紫外光を出力する光源と、この可視・紫外光を円偏光に変換する変換素子とを備えている、磁気円二色性光電子放出顕微鏡である。
【００３１】
第７発明の磁気円二色性光電子放出顕微鏡を用いれば、第１発明の作用・効果が確保されるので、Ｘ線磁気円二色性測定の方式によるものに比較して、顕微鏡を実験室レベルの設備投資で簡易に構築できるし、顕微鏡の時間分解能が著しく向上し、空間分解能の有意な向上も期待できる。
【００３２】
（第８発明）
上記課題を解決するための本願第８発明の構成は、前記第７発明に係る変換素子が、偏光子と、光弾性変調器又は１／４波長板からなる円偏光変調素子とを含む、磁気円二色性光電子放出顕微鏡である。
【００３３】
上記した第７発明において、可視・紫外光を円偏光に変換する変換素子の内容は必ずしも限定されないが、第８発明のように、変換素子は、好ましくは、偏光子と、光弾性変調器又は１／４波長板からなる円偏光変調素子とを含む。
【００３４】
（第９発明）
上記課題を解決するための本願第９発明の構成は、前記第７発明又は第８発明に係る可視・紫外光がレーザー光である、磁気円二色性光電子放出顕微鏡である。
【００３５】
第９発明によれば、磁気円二色性光電子放出顕微鏡において、前記した第４発明の場合と同等の利点を確保できる。
【００３６】
（第１０発明）
上記課題を解決するための本願第１０発明の構成は、第７発明〜第９発明のいずれかに係る磁気円二色性光電子放出顕微鏡と、この顕微鏡の試料定置部に定置された磁性体試料とを含んで構成される、磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムである。
【００３７】
第１０発明によれば、上記の磁気円二色性光電子放出顕微鏡を組み込んだ好適な磁性体試料観察システムが構成される。
【００３８】
（第１１発明）
上記課題を解決するための本願第１１発明の構成は、前記第１０発明に係る磁性体試料が磁性薄膜である、磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムである。
【００３９】
前記した第１０発明の磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムにおいて、磁性体試料の種類や内容は限定されないが、第１１発明のように磁性体試料としては、例えば磁性薄膜が好ましく例示される。
【００４０】
（第１２発明）
上記課題を解決するための本願第１２発明の構成は、前記第１０発明又は第１１発明に係る磁性体試料における円偏光照射面に仕事関数が低い材料の薄膜がコーティングされている、磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムである。
【００４１】
第１２発明のように、磁性体試料に仕事関数が低い材料の薄膜をコーティングしておけば、第６発明において前記した利点が得られる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、Ｘ線磁気円二色性測定を行う場合に比較して、極めて高い空間分解能と時間分解能を伴って実用的な磁気円二色性測定を行うことができる。又、同様の特徴を持った磁気円二色性光電子放出顕微鏡を、簡易かつ低コストに構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
次に、本発明を実施するための種々の形態を、その最良の実施形態も含めて説明する。
【００４４】
〔磁気円二色性測定方法〕
本発明の磁気円二色性測定方法は、磁性体試料に対して励起用の円偏光を照射して光電子放出を計測し、磁性体試料の観察データを得る方法であって、励起用の円偏光として可視・紫外光を用い、その光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節する点に特徴がある。
【００４５】
なお、励起用の円偏光としては、例えば交流の入力下に光弾性変調器を用いて左右の円偏光生じさせ、これを照射することができる。その場合、左右の円偏光の光電子収量差を求めることもできるし、磁気円二色性が十分に大きい場合には、左右の円偏光の内の一方の円偏光の光電子収量を求めることで、磁性体試料観察のための十分なデータを得る場合もある。
【００４６】
本発明の要点は、可視・紫外光の円偏光を光電子放出の励起用に用いた磁気円二色性測定方法において、励起光の光エネルギーと、磁性体試料の仕事関数とを完全に一致させ、あるいはほぼ一致させる点にある。
【００４７】
ここにおいて、仕事関数の「近傍領域」とは、磁気円二色性測定に要求される精度等に対応して、一様に数値で限定することは困難である。しかし、その基準をあえて規定すれば、磁性体試料の仕事関数に対して１ｅＶ程度の光エネルギーの範囲内、より好ましくは０．３ｅＶ程度の光エネルギーの範囲内である。
【００４８】
このような本発明の要点を実現するためには、原理的に、励起光の光エネルギーを磁性体試料の仕事関数に略一致するように調整する方法と、逆に磁性体試料の仕事関数を励起光の光エネルギーに略一致するように調整する方法とが考えられる。これらの両方の方法を併せ行うこともできる。励起光を可視・紫外光とする場合、励起光の光エネルギーが相対的に低過ぎる（磁性体試料の仕事関数が相対的に高過ぎる）と言う関係にあるのが一般的なので、上記の調整としては、励起光については光エネルギーをより高める方向の調整が主体となり、磁性体試料については仕事関数をより低くする方向への調整が主体となる。
【００４９】
励起光の光エネルギーを調整する方法としては、励起光の波長の選択が代表的である。励起光をより短波長（紫外光）側へシフトさせることで、光エネルギーを高くすることができる。
【００５０】
磁性体試料の仕事関数を調整する方法として、前記したように、磁性体試料の円偏光照射面に、仕事関数が異なる（特に、仕事関数がより低い）材料の薄膜をコーティングすると言う方法を採用できる。この場合のコーティングの態様は限定されず、例えば蒸着、吸着等の手法を行うことができる。より具体的には、例えば Fe 又は Cu の磁性体試料に Cs の薄膜をコーティングすると言う形態を例示することができる。
【００５１】
励起光としての可視・紫外光の波長領域は必ずしも限定されないが、一般的には波長２００〜４００ｎｍの紫外光が好ましい。波長４００〜８００ｎｍの可視光も利用できる。可視光の内でも相対的に短波長のものが光エネルギーが大きく、利用し易い。励起可視光の光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域に達しない場合、前記の手法により磁性体試料の仕事関数を引下げることにより、対応可能である場合も多い。
【００５２】
可視・紫外光としては通常の自然光も利用できるが、レーザー光を特に好ましく利用できる。この場合、レーザー光の円偏光が磁性体試料に照射される。レーザー光としては、半導体レーザー、チタンサファイアレーザー、 HeCd レーザー等を限定なく利用できる。一方、波長可変のレーザー光は、適宜な波長（即ち、適宜な光エネルギー）を任意に選択できる点において利用上のメリットが大きい。パルスレーザー光は、パルス幅を任意に選択することにより磁気円二色性測定の時間分解能を自由に設定でき、かつサブピコ秒レベルの時間分解能の要求にも容易に対応できるので、非常に好ましい。
【００５３】
本発明に係る磁気円二色性測定方法のセットアップの一例を図１に示す。このセットアップでは、磁性薄膜試料１に円偏光レーザー（「 Laser」として矢印で表示）を照射し、飛び出す光電子の収量をピコアンメータ（微小電流計）２により単に試料電流として計測し、左右の円偏光の収量差を求める。円偏光は光弾性変調器３で高速切替（５０ kHz）し、差分をロックインアンプ４によりロックイン検出する。光弾性変調器３の代わりに１／４波長板を挿入し静的に左右の円偏光を照射することもできる。なお、磁場中で低速光電子計測を行うため、磁性薄膜試料１の前に電極板５（＋２ｋＶの高電圧を印加）を設置し、磁場の影響を取り除くことができる。
【００５４】
〔磁性体試料〕
本発明の磁気円二色性測定方法において、測定対象となる磁性体試料の種類は特段に限定されず、 Fe 、 Co 、 Ni 、Cd  及びそれらの合金等、強磁性薄膜となり得るものの全てが含まれる。
【００５５】
〔磁気円二色性光電子放出顕微鏡及びその顕微鏡システム〕
本発明に係る磁気円二色性光電子放出顕微鏡は、少なくとも、磁性体試料を定置する試料定置部と、定置される磁性体試料に対して励起用円偏光を照射するための照射部と、磁性体試料からの光電子放出を計測するための計測部とを含んで構成される。本発明の磁気円二色性光電子放出顕微鏡は、上記の他に、一般的な構成要素である基板清浄化装置、薄膜蒸着装置等を含むことができる。
【００５６】
上記の照射部には、光エネルギーが磁性体試料の仕事関数の近傍領域にあるように調節した上記各種の可視・紫外光を出力する光源と、この可視・紫外光を円偏光に変換する変換素子とを備えることが好ましい。変換素子としては、偏光子と、光弾性変調器又は１／４波長板からなる円偏光変調素子とを含むことが好ましい。
【００５７】
偏光子とは可視・紫外光を直線偏光に変える素子であり、光弾性変調器とは直線偏光を高速切替される左右円偏光に変換する装置であり、１／４波長板とは直線偏光を左右いずれかの円偏光に変換する装置である。
【００５８】
本発明に係る磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムは、上記の磁気円二色性光電子放出顕微鏡と、この顕微鏡の試料定置部に定置された磁性体試料とを含んで構成される。
【００５９】
磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムの一例を図２に示す。磁気円二色性光電子放出顕微鏡６の試料定置部に磁性薄膜試料１が定置されており、この磁性薄膜試料１に対して、前記したような所定の構成を備える照射部（図示省略）から円偏光紫外光９が照射され、図の矢印１０のように光電子が飛び出す。
【００６０】
図２に磁気円二色性光電子放出顕微鏡６の概略の構成を示す。即ち、磁気円二色性光電子放出顕微鏡６は、その電子レンズ部７で放出光電子像を得て、投影部８で電子を増幅しスクリーンに映し出す。以上の構成に基づき、試料から放出される光電子の像を、場所ごとにマッピングするものである。空間分解能は５０〜１０ｎｍ程度である。
【実施例】
【００６１】
次に本願発明の実施例を説明する。本願発明の技術的範囲は、以下の実施例によって限定されない。
【００６２】
（実施例１）
前記の図１に示すセットアップで磁気円二色性測定を行った。磁性薄膜試料は、超高真空中で清浄化した Cu(001)表面に MBE蒸着したものを用いた。レーザーとしては、半導体レーザー（635nm, 405nm, いずれもCW）、HeCd（328nm, CW ）、Ti：sapphire倍波（400nm, 100fs）を利用した。
【００６３】
磁気円二色性の光エネルギー依存性を調べるに当たり、レーザーでは光エネルギーが連続可変ではないため、磁性薄膜試料に Cs を蒸着させることで仕事関数を変化させた。仕事関数は 1.5-5.0 eV くらいの範囲で可変であった。
【００６４】
磁性薄膜試料 Cs/Ni(12ML)Cu(001) に対し半導体レーザー（635nm, 1.95 eV）の円偏光を室温下、入射角 45 °で照射した場合の光電子収量による磁化曲線を図３（ａ）に示す。試料薄膜の仕事関数は 1.9 eV （Cs〜0.15ML）程度である。図示のように、非常に美しい磁化曲線が僅かな測定時間で観測できた。
図３（ｂ）は１／４波長板方位角依存性（入射角 0°、方位角 0°：左）を示すデータであって、光弾性変調器に代えて１／４波長板を用い、この１／４波長板を方位角回転させ、偏光スイッチしながら磁気円二色性強度を観測した結果を示す（方位角 0°：左、45°：直線、90°：右）。図３（ｂ）に示されるように、磁気円二色性強度は左円偏光で極大、右円偏光で極小、直線偏光で０になり、確かに磁気円二色性が観測できていると言える。
【００６５】
（実施例２）
上記の実施例１に係る磁性薄膜試料 Cs/Ni(12ML)Cu(001) において蒸着 Cs 量を変化させることで仕事関数をスキャンし、磁気円二色性強度のエネルギー（仕事関数）依存性を測定した。その結果を図４に示す。図４において、横軸は光エネルギーと仕事関数の差を示す。又、図４中のグラフ線ａは光エネルギーが 3.10 eVであるTi：sapphire倍波（400nm, 100fs）レーザーを使用した場合の測定結果を、グラフ線ｂは光エネルギーが 1.95 eVである半導体レーザー（ 635nm, CW）使用した場合の測定結果を、グラフ線ｃは光エネルギーが 3.81 eVであるHeCd（328nm, CW ）レーザーを使用した場合の測定結果を、それぞれ示す。
【００６６】
図４中のいずれのレーザーを用いた場合においても、仕事関数しきい値近傍で非常に大きな負の磁気円二色性が観測され、近傍領域からエネルギーがずれると急速に磁気円二色性強度を失うことが分かった。そして、仕事関数しきい値近傍での最大の磁気円二色性コントラストは、レーザーの種類によって違いはあるが、Ti：sapphireレーザーを用いた場合には約３０％に達した。他種のレーザーでも最大の磁気円二色性コントラストは１０％を超える大きさであった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明により、高い空間分解能と時間分解能を伴う実用的な可視・紫外光磁気円二色性測定を低コストで行うことができる。又、同様の特徴を持つ可視・紫外光磁気円二色性光電子放出顕微鏡が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の磁気円二色性測定のセットアップ例を簡略化して示す図である。
【００６９】
【図２】本発明の磁気円二色性光電子放出顕微鏡システムの要部を示す図である。
【００７０】
【図３】実施例の測定結果を示す図である。
【００７１】
【図４】実施例の測定結果を示す図である。
【００７２】
【符号の説明】
【００７３】
１          磁性薄膜試料
２          ピコアンメータ
３          光弾性変調器
４          ロックインアンプ
５          電極板
６          磁気円二色性光電子放出顕微鏡
７          電子レンズ部
８          投影部
９          円偏光紫外光
１０        矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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