(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に磁場を印加した状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて、前記磁場の印加が前記試料に含まれる電子または前記試料から放出された二次電子に対して与えた影響を含む電子線ホログラムを作成することを特徴とする電子線ホログラムの作成方法。
【請求項２】
試料に磁場を印加した状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第１の電子線ホログラムを作成し、その第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成する第１位相再生像作成工程と、
前記試料に磁場を印加しない状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第２の電子線ホログラムを作成し、その第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成する第２位相再生像作成工程と、
前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差に基づいて、前記磁場が前記試料に含まれる電子に与えた影響を示す磁場情報を得る磁場情報取得工程とを、
有することを特徴とする磁場情報測定方法。
【請求項３】
試料に磁場を印加した状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第１の電子線ホログラムを作成し、その第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成する第１位相再生像作成工程と、
前記試料に磁場を印加しない状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第２の電子線ホログラムを作成し、その第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成する第２位相再生像作成工程と、
前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差に基づいて、前記磁場が前記試料に与えた影響を示す磁場情報を得る磁場情報取得工程とを有し、
前記試料は、電子線が照射されたとき二次電子を放出する素材を含み、
前記第１位相再生像作成工程および前記第２位相再生像作成工程は、電子線を前記試料に照射して前記試料から二次電子を放出させると共に、その試料を通過した電子線を前記物体波として、前記参照波と干渉させ、
前記磁場情報取得工程は、前記磁場情報として、前記磁場が前記試料から放出された二次電子に与えた影響を示す情報を得ることを
特徴とする磁場情報測定方法。
【請求項４】
前記試料は絶縁体から成ることを特徴とする請求項３記載の磁場情報測定方法。
【請求項５】
前記磁場情報取得工程は、前記磁場情報として、前記試料に含まれる電子または前記試料から放出された二次電子のスピンの動きを示す情報を得ることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の磁場情報測定方法。
【請求項６】
試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて電子線ホログラムを作成可能に設けられた電子線ホログラム作成手段と、
前記試料に磁場を印加可能に設けられた磁場印加手段と、
前記磁場印加手段により前記試料に磁場を印加した状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成し、前記試料に磁場を印加しない状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成し、前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差を求めて、前記磁場が前記試料に含まれる電子に与えた影響を示す磁場情報を取得可能に設けられた磁場情報取得手段とを、
有することを特徴とする磁場情報測定装置。
【請求項７】
試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて電子線ホログラムを作成可能に設けられた電子線ホログラム作成手段と、
前記試料に磁場を印加可能に設けられた磁場印加手段と、
前記磁場印加手段により前記試料に磁場を印加した状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成し、前記試料に磁場を印加しない状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成し、前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差を求めて、前記磁場が前記試料に与えた影響を示す磁場情報を取得可能に設けられた磁場情報取得手段とを有し、
前記試料は、電子線が照射されたとき二次電子を放出する素材を含み、
前記電子線ホログラム作成手段は、電子線を前記試料に照射して前記試料から二次電子を放出させると共に、その試料を通過した電子線を前記物体波として、前記参照波と干渉させるよう構成され、
前記磁場情報取得手段は、前記磁場情報として、前記磁場が前記試料から放出された二次電子に与えた影響を示す情報を取得可能であることを
特徴とする磁場情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線ホログラムの作成方法、磁場情報測定方法および磁場情報測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子線ホログラフィーを用いて、各種物質内でのナノスケールでの電場や磁場の可視化が行われている（例えば、特許文献１、非特許文献１または２参照）。具体的には、例えば、本発明者等により、フェライト磁石、Nd-Fe-B系磁石の試料内部での磁束分布や、トナー粒子の電荷分布が定量的に解析されている（例えば、特許文献２参照）。また、磁性物質から成る試料から外部に漏洩する磁場や、磁性物質の磁化分布を、電子線ホログラフィーで可視化する方法も開発されている（例えば、特許文献３または４参照）。【０００３】
また、本発明者等により、電子線ホログラフィーを用いて、生体試料やエポキシ樹脂などの絶縁体の帯電現象を観察することにより、絶縁体の表面で電子が蓄積する様子が可視化されている。具体的には、電子線ホログラフィーによる電子線照射で、絶縁体から二次電子が放出され、その絶縁体が正に帯電する。ここで、電子線照射量を増大させると、帯電効果が顕著となるため、一旦放出された二次電子が絶縁体の表面に引き戻され、蓄積していく。この様子を、振幅再生像により、電子の移動に伴う電場の乱れとして検出し、可視化している（例えば、非特許文献３乃至５参照）。【０００４】
なお、電子線ホログラフィーでも用いられる透過電子顕微鏡で、試料に磁場を印加可能な磁場印加装置として、大型化することなく磁場印加補正角を大きくとることができ、磁場印加の強度を大きくすることができる高性能の磁場印加装置が、本発明者等により開発されている（例えば、特許文献５参照）。また、透過電子顕微鏡内での磁性・伝導性・結晶学的微細構造の総合的な評価を行うため、複数探針操作が可能な二探針ピエゾ駆動ホルダーが、本発明者等により開発されている（例えば、非特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９６６４７４号公報
【特許文献２】特開２００８−２１６２６号公報
【特許文献３】特開２００３−２４８９１０号公報
【特許文献４】特開２００３−２７０３１２号公報
【特許文献５】特開２００７−８０７２４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】進藤大輔、「透過電子顕微鏡  ３．電場・磁場可視化機能」、まてりあ、2005年、第44巻、第11号、p.932-935
【非特許文献２】藤田武志、「電子線ホログラフィーにおける解析手法の実際」、まてりあ、2006年、第45巻、第7号、p.535-539
【非特許文献３】東北大学プレスリリース、平成26年5月13日、「電子の蓄積とその集団的運動の可視化に世界に先駆けて成功  −電子の動きに伴う電場の乱れを先端計測法で検出・追跡−」
【非特許文献４】D. Shindo, et.al., “Electron Holographic Visualization of Collective Motion of Electrons Through Electric Field Variation”, Microscopy and Microanalysis, 2014 August, Vol.20, Issue 4, p.1015-1021
【非特許文献５】東北大学プレスリリース、平成28年6月7日、「微細加工した絶縁体表面で電子の蓄積の観察に成功  −最先端電磁場計測法である電子線ホログラフィーで可視化−」
【非特許文献６】川本直幸、外４名、「二探針ピエゾ駆動ホルダーを用いた導電性接着剤中の金属微粒子の電気的評価」、日本金属学会誌、2006年、第70巻、第4号、p.384-388
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１乃至４および非特許文献１乃至５に記載のように、電子線ホログラフィーにより、電場および磁場を可視化したり、帯電による電子の動きを可視化したりすることは行われてきたが、試料に印加した磁場が、試料表面や試料に含まれる電子に対してどのような影響を与えるかについては、未だ可視化して評価することができていないという課題があった。【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、磁場の印加が試料表面や試料に含まれる電子に対して与える影響を可視化して評価することができる電子線ホログラムの作成方法、磁場情報測定方法および磁場情報測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る電子線ホログラムの作成方法は、試料に磁場を印加した状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて、前記磁場の印加が前記試料に含まれる電子または前記試料から放出された二次電子に対して与えた影響を含む電子線ホログラムを作成することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る電子線ホログラムの作成方法は、試料に磁場を印加した状態で電子線ホログラムを作成するため、磁場の印加が試料表面や試料に含まれる電子に対して与えた影響を含む電子線ホログラムを作成することができる。こうして作成された電子線ホログラムを利用することにより、磁場の印加が試料表面や試料に含まれる電子に対して与える影響を可視化して評価することができる。試料に磁場を印加する際には、例えば、特許文献５の磁場印加装置を用いることができる。【００１１】
第１の本発明に係る磁場情報測定方法は、試料に磁場を印加した状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第１の電子線ホログラムを作成し、その第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成する第１位相再生像作成工程と、前記試料に磁場を印加しない状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第２の電子線ホログラムを作成し、その第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成する第２位相再生像作成工程と、前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差に基づいて、前記磁場が前記試料に含まれる電子に与えた影響を示す磁場情報を得る磁場情報取得工程とを、有することを特徴とする。
第２の本発明に係る磁場情報測定方法は、試料に磁場を印加した状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第１の電子線ホログラムを作成し、その第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成する第１位相再生像作成工程と、前記試料に磁場を印加しない状態で、前記試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第２の電子線ホログラムを作成し、その第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成する第２位相再生像作成工程と、前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差に基づいて、前記磁場が前記試料に与えた影響を示す磁場情報を得る磁場情報取得工程とを有し、前記試料は、電子線が照射されたとき二次電子を放出する素材を含み、前記第１位相再生像作成工程および前記第２位相再生像作成工程は、電子線を前記試料に照射して前記試料から二次電子を放出させると共に、その試料を通過した電子線を前記物体波として、前記参照波と干渉させ、前記磁場情報取得工程は、前記磁場情報として、前記磁場が前記試料から放出された二次電子に与えた影響を示す情報を得ることを特徴とする。
【００１２】
第１の本発明に係る磁場情報測定装置は、試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて電子線ホログラムを作成可能に設けられた電子線ホログラム作成手段と、前記試料に磁場を印加可能に設けられた磁場印加手段と、前記磁場印加手段により前記試料に磁場を印加した状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成し、前記試料に磁場を印加しない状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成し、前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差を求めて、前記磁場が前記試料に含まれる電子に与えた影響を示す磁場情報を取得可能に設けられた磁場情報取得手段とを、有することを特徴とする。
第２の本発明に係る磁場情報測定装置は、試料の影響を受けた電子線から成る物体波と、前記試料の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて電子線ホログラムを作成可能に設けられた電子線ホログラム作成手段と、前記試料に磁場を印加可能に設けられた磁場印加手段と、前記磁場印加手段により前記試料に磁場を印加した状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成し、前記試料に磁場を印加しない状態で、前記電子線ホログラム作成手段により作成された第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成し、前記第１の位相再生像と前記第２の位相再生像との差を求めて、前記磁場が前記試料に与えた影響を示す磁場情報を取得可能に設けられた磁場情報取得手段とを有し、前記試料は、電子線が照射されたとき二次電子を放出する素材を含み、前記電子線ホログラム作成手段は、電子線を前記試料に照射して前記試料から二次電子を放出させると共に、その試料を通過した電子線を前記物体波として、前記参照波と干渉させるよう構成され、前記磁場情報取得手段は、前記磁場情報として、前記磁場が前記試料から放出された二次電子に与えた影響を示す情報を取得可能であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る磁場情報測定装置は、本発明に係る磁場情報測定方法を好適に実施することができる。本発明に係る磁場情報測定方法は、例えば、以下の原理に基づいて、磁場の印加が試料表面や試料に含まれる電子に対して与える影響を可視化することができる。まず、図１（ａ）に示すように、絶縁体など、電子線が照射されたとき二次電子（secondary electrons）を放出する素材を含む試料１に対し、電子線ホログラムを作成するための電子線を照射すると、試料１から二次電子２が放出される。これにより、図１（ｂ）に示すように、試料１が正に帯電し、その帯電効果により、放出された二次電子２が試料１の表面に引き戻されて、蓄積していく。【００１４】
このとき、試料１に磁場が印加されていない場合には、図１（ｂ）に示すように、二次電子２のスピン（図中の矢印）はランダムに配置される。これに対し、試料１に比較的弱い磁場３を印加した場合には、図１（ｃ）に示すように、二次電子２のスピンが、ランダムな状態から磁場３の印加方向に揃うように配列する。また、試料１に強い磁場３を印加した場合には、図１（ｄ）に示すように、二次電子２のスピンが、双極子相互作用を生じながら、磁場３の印加方向に揃うように配列する。【００１５】
このことから、試料に磁場を印加した状態で作成された第１の位相再生像と、試料に磁場を印加しない状態で作成された第２の位相再生像との差を求めることにより、二次電子が物体波の電子線の位相に与えた影響のうち、スピンが磁場の印加方向に揃うことによる影響のみを抽出することができる。これにより、磁場の印加が二次電子に対して与える影響を、磁場情報として可視化することができる。また、可視化された磁場情報から、さらなる磁場情報として、二次電子により発生する磁束密度の相対的変化量を得ることもできる。【００１６】
なお、図１では、試料が二次電子を放出する場合について例示しているが、試料が二次電子を放出しないものであっても、同様の原理に基づいて、磁場が試料自身や、試料に含まれる電子に与える影響を可視化することができる。また、こうして可視化された磁場情報に基づいて、磁場の印加が試料表面や試料に含まれる電子に対して与える影響を評価することができる。【００１８】
また、本発明に係る磁場情報測定方法で、前記磁場情報取得工程は、前記磁場情報として、前記試料に含まれる電子または前記試料から放出された二次電子のスピンの動きを示す情報を得てもよい。【００１９】
なお、本発明に係る磁場情報測定方法で、電子線が照射されたとき、二次電子を放出する試料は、絶縁体から成っていることが好ましい。絶縁体は、例えば、生体材料や、エポキシ樹脂、石英ガラス、誘電体などの無機材料である。また、試料に磁場を印加する際には、例えば、特許文献５の磁場印加装置を用いることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、磁場の印加が試料表面や試料に含まれる電子に対して与える影響を可視化して評価することができる電子線ホログラムの作成方法、磁場情報測定方法および磁場情報測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る磁場情報測定方法の原理を示す（ａ）電子線の照射により、試料から二次電子が放出される様子、（ｂ）試料が正に帯電し、二次電子が試料の表面に蓄積する様子、（ｃ）二次電子のスピンが弱い磁場の印加方向に揃うように配列する様子、（ｄ）二次電子のスピンが強い磁場の印加方向に揃うように配列する様子を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の磁場情報測定装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の磁場情報測定方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置を用いた試験で使用した、（ａ）透過型電子顕微鏡用のグリッド、（ｂ）試料の配置を示す、（ａ）の一つの孔の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置を用いた試験による、図４（ｂ）に示した試料１の先端からの距離ごとの、（ａ）−４ｍＴ（テスラ）の磁場を印加したときの位相再生像、磁場を印加しないとき（０ｍＴ）の位相再生像、＋４ｍＴの磁場を印加したときの位相再生像、（ｂ）−４ｍＴの磁場を印加したときの各位相再生像と磁場を印加しないときの位相再生像との差、および、＋４ｍＴの磁場を印加したときの各位相再生像と磁場を印加しないときの位相再生像との差を示す位相差像である。
【図６】本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置により観察を行う、スピン注入の原理を示す（ａ）電子線の照射により、試料から二次電子が放出される様子、（ｂ）試料が正に帯電し、二次電子が試料の表面に蓄積する様子、（ｃ）二次電子のスピンが磁場の印加方向に揃うように配列する様子、（ｄ）スピンが揃った二次電子を、半導体や磁性体に注入する様子を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置を用いた試験による、（ａ）０ｍＴ（磁場なし）、（ｂ）１．０ｍＴ、（ｃ）２．０ｍＴ、（ｄ）３．０ｍＴ、（ｅ）４．０ｍＴ、（ｆ）５．０ｍＴ、（ｇ）６．０ｍＴの磁場を印加したときの位相再生像、（ｈ）  （ａ）〜（ｇ）と同じ配置での試料の透過型電子顕微鏡写真である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ図７（ａ）〜（ｇ）の位相再生像から、磁場を印加しないときの位相再生像（図７（ａ）の位相再生像）を差し引いて求めた、３倍増幅時の位相再生像である。
【図９】図８（ｂ）〜（ｇ）の位相再生像から求めた、印加磁場と磁束密度の相対的変化量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図２乃至図９は、本発明の実施の形態の電子線ホログラムの作成方法、磁場情報測定方法および磁場情報測定装置を示している。
図２に示すように、本発明の実施の形態の磁場情報測定装置１０は、電子線ホログラム作成手段１１と磁場印加手段１２と磁場情報取得手段１３とを有している。
【００２３】
電子線ホログラム作成手段１１は、３００ｋＶ電子顕微鏡を利用した電子線ホログラフィー装置から成り、電子線源２１とコンデンサレンズ２２と対物レンズ２３とバイプリズム２４とを有している。電子線源２１は、電子線を照射可能に設けられている。コンデンサレンズ２２は、電子線源２１から照射された電子線を通し、平行束にするよう設けられている。対物レンズ２３は、所定の間隔をあけてコンデンサレンズ２２と平行に配置され、コンデンサレンズ２２を通過した電子線の平行束を集束するよう設けられている。
【００２４】
バイプリズム２４は、導電膜を蒸着した石英ガラスワイヤ２４ａと１対の接地電極２４ｂとを有している。石英ガラスワイヤ２４ａは、対物レンズ２３で集束された後の電子線束の中心を通って横切るよう配置されている。石英ガラスワイヤ２４ａは、電界が印加されたり、接地されたりするよう構成されている。各接地電極２４ｂは、石英ガラスワイヤ２４ａに平行かつ間に石英ガラスワイヤ２４ａを挟むよう、互いに対向して配置されている。各接地電極２４ｂは、石英ガラスワイヤ２４ａに発生する電界を整えるよう構成されている。
【００２５】
このような構成により、電子線ホログラム作成手段１１は、電子線源２１から照射された電子線をコンデンサレンズ２２で平行束にし、その一部が試料１に照射されて試料１の影響を受けた物体波（Object wave）となり、試料１の影響を受けない参照波（Reference wave）とともに対物レンズ２３で集束された後、バイプリズム２４に入り、物体波と参照波とを干渉させることにより干渉縞（電子線ホログラム；Hologram）を作成するようになっている。
【００２６】
電子線ホログラム作成手段１１は、例えば、得られた電子線ホログラムを、デジタルの画像データに変換し、磁場情報取得手段１３に送るようになっている。
磁場印加手段１２は、電子線が照射される試料１に、磁場を印加可能に設けられている。磁場印加手段１２は、例えば、特許文献５の磁場印加装置から成っている。
【００２７】
磁場情報取得手段１３は、コンピュータから成り、電子線ホログラム作成手段１１で作成された電子線ホログラムの画像データを取得し、様々な解析処理を行うよう構成されている。磁場情報取得手段１３は、電子線ホログラムの画像データをフーリエ変換し、干渉縞に記録された電磁場の情報を抽出して画像化した位相再成像を得るよう構成されている。
【００２８】
磁場情報測定装置１０は、本発明の実施の形態の磁場情報測定方法を好適に実施することができる。すなわち、図３に示すように、本発明の実施の形態の磁場情報測定方法は、まず、磁場印加手段１２で試料１に磁場を印加し（ステップ３１）、その状態で、電子線ホログラム作成手段１１により、試料１の影響を受けた電子線から成る物体波と、試料１の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第１の電子線ホログラムを作成し（ステップ３２）、磁場情報取得手段１３により、第１の電子線ホログラムから第１の位相再生像を作成する（ステップ３３）。
【００２９】
次に、同様にして、試料１に磁場を印加しない状態で、電子線ホログラム作成手段１１により、試料１の影響を受けた電子線から成る物体波と、試料１の影響を受けない電子線から成る参照波とを干渉させて第２の電子線ホログラムを作成し（ステップ３４）、磁場情報取得手段１３により、第２の電子線ホログラムから第２の位相再生像を作成する（ステップ３５）。さらに、磁場情報取得手段１３により、作成された第１の位相再生像と第２の位相再生像との差を求め（ステップ３６）、その差に基づいて、磁場が試料１に与えた影響を示す磁場情報を得る（ステップ３７）。
【００３０】
このように、本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０によれば、試料１に磁場を印加した状態で電子線ホログラムを作成するため、磁場の印加が試料１の表面や試料１に含まれる電子に対して与えた影響を含む電子線ホログラムを作成することができる。また、試料１に磁場を印加した状態で作成された第１の位相再生像と、試料１に磁場を印加しない状態で作成された第２の位相再生像との差を求めることにより、磁場の印加が試料１の表面や試料１に含まれる電子に対して与える影響のみを抽出して可視化することができる。また、こうして可視化された磁場情報に基づいて、磁場の印加が試料１の表面や試料１に含まれる電子に対して与える影響を評価することができる。
【実施例１】
【００３１】
本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０を用いて、磁場が試料１に与える影響を示す磁場情報を得る試験を行った。試料１として、電子線が照射されたとき二次電子を放出する、エポキシ樹脂から成る絶縁体を用いた。試験では、まず、図４に示すように、直径３ｍｍの孔を、所定の間隔で縦方向および横方向に多数並べて成る透過型電子顕微鏡用のグリッドを用い、多数の孔のうちの一つに、直径１μｍのエポキシ樹脂製の棒状の試料１の先端を配置した。【００３２】
次に、図２に示す磁場情報測定装置１０を用いて、その試料１の先端に対して電子線を照射して電子線ホログラムを取得し、位相再生像を作成した。得られた位相再生像を図５（ａ）に示す。図５（ａ）には、図４（ｂ）に示した試料１の先端からの距離ごとに、−４ｍＴの磁場を印加したときの位相再生像（第１の位相再生像）、磁場を印加しないとき（０ｍＴ）の位相再生像（第２の位相再生像）、＋４ｍＴの磁場を印加したときの位相再生像（第１の位相再生像）を示す。また、図５（ａ）には、磁場を印加したときの磁場印加方向を、矢印で示す。【００３３】
こうして得られた各位相再生像について、試料（エポキシ）１の先端からの距離ごとに、−４ｍＴの磁場を印加したときの各位相再生像（第１の位相再生像）と磁場を印加しないときの位相再生像（第２の位相再生像）との差（-4mT -0mT）、および、＋４ｍＴの磁場を印加したときの各位相再生像（第１の位相再生像）と磁場を印加しないときの位相再生像（第２の位相再生像）との差（+4mT -0mT）を求め、図５（ｂ）に示す。また、図５（ｂ）には、磁場を印加したときの磁場印加方向を、矢印で示す。図５（ｂ）に示すように、磁場印加方向に沿って伸びる模様が確認された。【００３４】
図５（ｂ）に示す結果は、図１に示す原理から、エポキシ樹脂から成る試料１から放出された二次電子のスピンが、双極子相互作用を生じながら磁場の印加方向に揃うように配列する様子を、磁束として直接観察したものと考えられる。このように、本試験では、磁場情報として、試料１から放出された二次電子のスピンの動きを示す情報が得られており、本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０によれば、磁場の印加が二次電子に対して与える影響を可視化して評価することができるといえる。
【実施例２】
【００３５】
本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０を用いて、磁場の印加方向に配列したスピンを有する電子を、半導体や磁性体に注入する、いわゆるスピン注入を観察するための試験を行った。観察を行うスピン注入の原理を、図６に示す。図６（ａ）に示すように、試料１として、電子線が照射されたとき二次電子を放出する絶縁体を用い、ＦＩＢ（集束イオンビーム）加工により、試料１の先端部を、凹部１ａを有するフック状に形成しておく。フック形状にすることにより、その凹部１ａにスピンを集中させやすくすることができ、スピン注入を行いやすくすることができる。【００３６】
図６（ａ）に示すように、試料１に対し、電子線ホログラムを作成するための電子線を照射すると、試料１から二次電子２が放出される。これにより、図６（ｂ）に示すように、試料１が正に帯電し、その帯電効果により、放出された二次電子２が試料１の表面に引き戻されて、蓄積していく。このとき、試料１に磁場が印加されていない場合には、図６（ｂ）に示すように、二次電子２のスピン（図中の矢印）はランダムに配置される。試料１に磁場３を印加すると、図６（ｃ）に示すように、二次電子２のスピンが、ランダムな状態から磁場３の印加方向に揃うように配列する。このとき、特に試料１の凹部１ａに、スピンが揃った二次電子２が集中していく。また、試料１の表面に、電子による不均一な磁場分布が形成され、二次電子２のスピンによる双極子相互作用等が生じる。この状態で、半導体や磁性体を試料１の凹部１ａに近づけることにより、図６（ｄ）に示すように、スピンが揃った二次電子２を、半導体や磁性体に注入することができる。【００３７】
図６に示す原理に従い、図２に示す磁場情報測定装置１０を用いて、試料１の先端に電子線を照射して電子線ホログラムを取得し、位相再生像を作成した。試験では、絶縁体の試料１として、マイカ（雲母）を用いた。得られた位相再生像を図７および図８に示す。図７（ａ）〜（ｇ）にはそれぞれ、０ｍＴ（磁場なし）、１．０ｍＴ、２．０ｍＴ、３．０ｍＴ、４．０ｍＴ、５．０ｍＴ、６．０ｍＴの磁場３を印加したときの位相再生像を示す。磁場３の印加方向は、図７（ｄ）に示している。また、図７（ｈ）には、図７（ａ）〜（ｇ）と同じ配置での、試料１の透過型電子顕微鏡写真を示す。なお、図７（ｂ）〜（ｇ）が磁場３を印加した第１の位相再生像となり、図７（ａ）が磁場３を印加しないときの第２の位相再生像となる。【００３８】
また、図８（ａ）〜（ｇ）にはそれぞれ、図７（ａ）〜（ｇ）の位相再生像から、磁場３を印加しないときの位相再生像（図７（ａ）の第２の位相再生像）を差し引いて求めた、３倍増幅時の位相再生像を示す。磁場３の印加方向は、図８（ｄ）に示している。【００３９】
図７（ａ）〜（ｇ）に示すように、試料１の凹部１ａでは、帯電が強くなっていることが確認できる。また、図８（ｂ）〜（ｇ）に示すように、印加磁場の増大に伴い、試料１の凹部１ａの近傍（図８（ｂ）の矢印Ａで示す付近）で、二次電子の集中に伴い、電場が変化している様子が確認できる。なお、凹部１ａ以外の領域（例えば、図８（ｂ）の矢印Ｂで示す付近）では、印加磁場の増大に伴い、磁束密度の相対的変化が検出されている。【００４０】
この状態で、帯電した絶縁体試料に近づけることにより、スピンが揃った二次電子を、半導体や磁性体に注入することができる。スピンが揃った二次電子が半導体や磁性体に注入された様子は、非特許文献６に示す二探針ピエゾ駆動ホルダー等により観察することができる。この試験結果から、本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０により、スピン注入を直接観察できるようになると考えられる。【００４１】
次に、図３のフローチャートに従い、図８（ｂ）〜（ｇ）に示す位相再生像から、図８（ｂ）の絶縁体試料近傍（矢印Ｂで示す付近）での、二次電子による磁束密度の相対的変化量を求めた。磁束密度の相対的変化量Ｂ（Ｔ）は、位相再生像の干渉縞の間隔をｌ（ｍ）、試料１の平均的な厚みをｔ（ｍ）、磁束をΦ（Ｗｂ）とすると、
Φ＝ｌ×ｔ×Ｂ＝ｈ／ｅ＝４．１×１０−１５（Ｗｂ）
から、
Ｂ＝４．１×１０−１５／（ｌ×ｔ×ｎ）                  （１）
となる。ここで、ｈはプランク定数、ｅは素電荷、ｎは位相増幅値である。【００４２】
図８（ｂ）〜（ｇ）から、印加磁場が１．０ｍＴ、２．０ｍＴ、３．０ｍＴ、４．０ｍＴ、５．０ｍＴ、６．０ｍＴのときの干渉縞の間隔ｌは、それぞれ２．０μｍ、１．９μｍ、１．８μｍ、１．６μｍ、１．３μｍ、１．０μｍであることが確認できる。これらの干渉縞の間隔ｌから、試料１の平均的な厚みｔが１．０μｍ〜４．０μｍのときの印加磁場と磁束密度の相対的変化量Ｂとの関係を、（１）式を用いて求め、図９に示す。ここで、ｎ＝３である。【００４３】
図９に示すように、試料１の平均的な厚みｔに関わらず、印加磁場が増加するに従って、二次電子による磁束密度の相対的変化量Ｂも増加することが確認された。例えば、試料１の平均的な厚みが３．０μｍの場合、印加磁場が＋１．０ｍＴのとき（図８（ｂ）に対応）、矢印Ｂで示す付近の磁束密度の相対的変化量Ｂは、約０．２３ｍＴとなる。印加磁場を大きくすると、干渉縞の間隔ｌが狭くなると共に、磁束密度の相対的変化量Ｂが徐々に増加し、印加磁場が＋３．０ｍＴのとき（図８（ｄ）に対応）、矢印Ｂで示す付近の磁束密度の相対的変化量Ｂは、約０．２８ｍＴとなる。さらに印加磁場を増加させると、磁束密度の相対的変化量Ｂは急峻に増加し、印加磁場が＋６．０ｍＴのとき（図８（ｇ）に対応）、矢印Ｂで示す付近の磁束密度の相対的変化量Ｂは、約０．４６ｍＴとなる。【００４４】
このように、本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０によれば、試料表面近傍での電子（二次電子）のスピンの分布を直接観察することができると共に、その電子により発生する磁束密度の相対的変化量も求めることができる。これに対し、従来のスピン偏極走査型顕微鏡（スピン偏極ＳＴＭ）やスピン偏極走査トンネル顕微鏡（ＳＰ−ＳＴＭ）、磁気カー（Ｋｅｒｒ）効果を利用した測定では、試料表面の磁区や磁区構造を観察することができ、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）では、試料表面近傍の漏洩磁場を観察することができるが、試料表面近傍での電子（二次電子）のスピンの分布を直接観察することはできない。また、本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０では、従来のスピン偏極走査型顕微鏡や磁気力顕微鏡、磁気カー（Ｋｅｒｒ）効果を利用した測定では得ることができない、１ｎｍ以下の分解能を実現することができる。【００４５】
本発明の実施の形態の磁場情報測定方法および磁場情報測定装置１０によれば、外部磁場を印加してナノスケールからミクロンスケールでの電子の挙動を追跡し、電子の蓄積やスピンの流れを可視化して評価することが可能になる。これにより、電子と物質との相互作用に関する基礎的知見が得られ、磁気センサや磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）、スピン注入メモリ（ＳＴＴ−ＲＡＭ）などの、電子のスピンを利用したスピントロニクスのデバイスの開発に大きく貢献することができる。また、分解能が高いため、原子レベルでの極微小領域での磁気現象の解明に寄与することができる。さらに、絶縁体である生体材料にも応用できることから、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）を用いた、生体組織や細胞の磁気的性質と生理機能との関係の解明などにも寄与することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  試料
２  二次電子
３  磁場
１０  磁場情報測定装置
１１  電子線ホログラム作成手段
２１  電子線源
２２  コンデンサレンズ
２３  対物レンズ
２４  バイプリズム
２４ａ  石英ガラスワイヤ
２４ｂ  接地電極
１２  磁場印加手段
１３  磁場情報取得手段
【図１】
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【図２】
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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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