2009年3月2日最終講義

スピン偏極電子源の開発と応用分野の開拓

SP研 中西 彊

“はなし”のスタイル○ 個人的な思い入れを聞いていただくことをお許しください。
○ スマートでなく、泥臭く。
○ 建前ではなく、本音で。
（ひとを不快にしない範囲で？控え目に？）○ “スピン偏極電子源”がライフワークとなる○ 好きなテーマの研究が続けられる条件① ひと（共同研究者）② 装置をつくる資金の確保③ 実験場所④ 自分の身分“スピン実験”へのこだわり(芽生え)
京大4回生（1967）時代の恩師 西村奎吾先生
1) 核力のスピン依存性研究（@原子核研究所）“日本は貧しいから今すぐにエネルギーフロンティアは無理、別の得意技（例えばスピン制御）で勝負すべきだ”

2) 自主的にテーマを考えた4年生実験“ポジトロニウムのγ線消滅”○ 物質からエネルギーへの転化◎ 手作りした実験装置が働いたという充実感と自信○ テーマ自身の面白さ
陽電子を用いる物性実験のさきがけ？ → PETでの実用化

研究人生（を2つに区切ると）
Ⅰ スピン偏極核子ターゲットの時代
博士論文

修士（1968）〜助手（1983）○原子核研究所（55MeV陽子→1.2GeV電子ビーム）○KEK（12GeV陽子ビーム+2次のπ/Kビーム）◆ 手作りのクライオスタット（ヘリウム4→3→希釈）◆ 手作りのNMR装置（偏極度測定）

Ⅱ スピン偏極電子ビーム源の時代
助手（1984）〜助教授（1987）〜教授（1995）〜現在（2009）◆ 手作りの4keV偏極電子源◆ 手作りの70keV偏極電子源
25年間!!
◆ 手作りの200keV偏極電子源◆ 手作りの電子顕微鏡用20keV偏極電子源（2台+1台）

なぜ、スピン偏極電子源を始めたか？
（1）偏極ターゲットのみの実験に限界を感じた（1970年代にコライダー時代の幕開け）（2）偏極ビームとの併用を模索（1980年代前半）（KEK偏極陽子ビーム加速と実験→発展できず）（3）ＳＬＣ実験（1978）からのインパクト（Z0交換相互作用のパリティの破れ）◆標準理論の最初の定量的検証→ノーベル賞）◆小早川先輩のadvice（GaAs型偏極電子源）

スピン偏極電子ビームの開発目標でプロジェクトを分けると、(Ⅰ) リニアコライダー
1990〜(2) 第4世代放射光源(3) スピン電子顕微鏡
2000〜
2004〜

実証機は完成技術開発中

実用化が目前

宇宙創成の謎に迫るILCリニアコライダー

新基本粒子研究
ヒッグス粒子、超対称性粒子

ILCで調べる
10-13〜10-12秒後の宇宙
暗黒物質、暗黒エネルギー
宇宙バリオン数生成

世界最先端の電子ビーム加速器建設計画

International Linear Collider (ILC)

重心エネルギー :0.5 ~ 1 TeV
衝突点でのビームの大きさ

σx：550nm
σy： 5nm

L ~ 1034 cm-2s-1

超伝導空洞
全部で 21,000 unit
KEK超伝導空洞グループ製作

第4世代の放射光源加速器の建設計画
ERL (Energy Recovery Linac) 加速器○ ビームエネルギー2.5~5.0GeV○ パルス長 1ps~100fs○ 挿入光源：5m級~20本、30m級~4本、○ スペクトル範囲 軟X線から硬X線まで○ 光輝度：従来の蓄積リング型より３桁高い ○ 平均電流：（10〜100）mA
波長 0.1nm(~12keV)で、平均輝度： 10E+22(ph/sec/0.1%/mm2/mrad2)
平均フラックス： 10E+16 (ph/sec/0.1%)
技術的課題（1）超低エミッタンス電子源（2）100％に近いエネルギー回収のための超伝導空洞
加速技術

ERL推進室（KEK）
500keV電子銃の試作スタート!!!

高輝度・超短パルス・CW放射光GaAs型 スピン偏極電子源の原理
光励起偏極機構

NEA放出機構

活性化ChamberにおけるNEA表面の形成
ヒートクリーニング処理の過程

NEA表面の形成過程

~500℃
結晶温度

Cs

60 min>120 min

CsO2

サンプル:φ23mm丸型GaAs-GaAsP歪み超格子
量子効率0.23%（励起波長780nm）
ヒートクリーニングの様子

Cs源

NEA表面形成後はすぐに電子銃へ移送

ＳＰ研ＪＰＥＳ−１での装置写真

最初の3年間（1982〜1985）“種から芽を出させる“ために一番情報集めに動いた時代（1）基本技術についての勉強と情報集め①GaAs型偏極電子源‐‐‐‐‐‐‐‐J. Pierceらの原論文、小早川さん（名大）②熱電子銃など‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐神谷芳弘先生（名大）③NEA表面作成‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐助川徳三先生（静岡大）④カルコパイライト結晶‐‐‐‐‐‐‐堀中博道さん（大阪府大）（2）4keVの試作第1号機（NPES‐1）◆最初の資金‐‐‐‐‐‐科研費B（1982） 820万円◆倉田奨励金‐‐‐‐‐‐‐日立・委任経理金 280万円◆最初の論文○“名古屋大学における偏極電子源の開発（Ⅰ）”、原子核研究30巻（1986）○“The Construction of GaAs Spin Polarized Electron Source
and the Measurement of the Electron Polarization”
Japan. Jour. Appl. Phys. 25 (1986) 766‐767◆最初のトラブル‐‐‐‐‐‐スピン偏極度が10％しかない!!

NPES‐1（4keV）の製作
4keV電子銃100keV-Mott-analyzer

ＳＰ研製作

先達の原理証明から10年遅れで完成したが、まだ、やる価値のある課題が残っていたのが幸い

高い偏極度を模索した時代（1985〜2002）◎ “GaAsのΓ点で重い正孔と軽い正孔の縮退を解く”3つの候補① カルコパイライト（三元半導体）② GaAsを歪ませる③ 超格子構造の利用◆ 最有望視されたカルコパイライトを求めて堀中さんにコンタクト○ フンボルト留学生（1985から1年4ヶ月）時代に転機◆ カルコパイライトの単結晶は簡単にはできない（Zuerich‐ETH）（Juerich‐KFA）（Konstanz‐Univ）◎ 歪みGaAs薄膜へ方向転換◆ SLACの失敗（1982）‐‐‐‐‐GaAsに外部圧力を印加◆ PESP‐1988（ミネアポリス）“格子不整合で歪ませるidea“が有望と発表◆ 具体的に（無償で）結晶を作ってくれるひとを探す試みを開始
名大(工)、名工大、浜フォトなどで断られる‐‐‐‐‐‐‐‐2年間を浪費◆ 堀中さんの仲介で、大同特殊鋼の坂貴さん、加藤俊宏さんに出会う
最初の結晶で52％、２番目の結晶で86％

高い偏極度の実現方法
バルクGaAs

Jz=-1/2

E

Jz=1/2k
Energy-band-structure @ Гpoint

1)歪みGaAs,または、

2) 超格子構造

Polarization
スピン偏極度==N↑−N↓
N↑＋N↓<> 50 %%

価電子帯の縮退を解く2つの方法

歪薄膜
Hε = A･ε +B･ε･{(Lz)2 - L2/3}

超格子構造
m*|Jz|=3/2 > m*|Jz|=1/2

1991年にブレークスルー、86％の偏極度を一気に達成

世界初：歪みGaAsによる86％の達成（1991年）
名大-大阪府大-大同特殊鋼
10-28010-3604010-42010-50700

750800850

レーザー波長（nm）

900

量子効率

電子スピン偏極度（％）

100GaAs-GaAsP超格子（1998〜）
結晶構造とエネルギー・ミニバンド構造

Eth=1610 meV
81meV 3.5meV

GaAs-GaAsP超格子薄膜の結晶構造
井戸層 (GaAs) 4nm
障壁層 (GaAsP) 4nm

重い正孔 (HH)と軽い正孔 (LH)のエネルギー分離

δ~ 80 meVGaAs-GaAsP 超格子などによるによる高性能化

レーザー波長@778nm

スピン偏極度 ~ 90%
量子効率 ~ 0.5%

現時点では、GaAs-GaAsP 超格子がベストの性能

Spin Polarization Improvements
100Polarization[%]92%
GaAs‐GaAsP Strained SL

86%
Straind‐GaAs

9083%
InGaAs‐GaAs SL70%
GaAs‐AlGaAs SL
70%
Strained‐InGaAs

50

by our works

90%
Transmission‐TypeGaAs‐GaAsP strained SL

73%
InGaAs‐AlGaAs strained SL

45%
Thin‐GaAs

40%
Bulk‐GaAsP

30%
Bulk‐GaAs

01975

1980

1985

1990

1995

Year

2000

2005

2009

高エネルギー加速器用偏極電子源の開発へ
100keV電子銃（1992→1997）○設計→製作→完成→成果まで、5年間○サブナノ秒マルチバンチビーム生成（表面電荷制限現象の克服方法の確立）

200keV電子銃（1998〜2009）○設計→製作→完成→成果まで、10年間○リニアコライダーの要求をすべて満たす実証機としての完成
NEA表面を守る技術への挑戦（暗電流抑制技術の確立）（極高真空技術の部分的確立）

山本将博D論

スピン偏極電子源３つの構成要素
半導体フォトカソード
仕様項目
偏極度

“スマートな”仕事

量子効率
QE寿命
電荷量
バンチ幅電子銃

極高真空度
加速電圧・加速電界
電極間暗電流休止時間・メンテナンス

ピーク電流
エミッタンス

バンドギャップ
歪量
超格子構造
Active layer長不純物ドープ密度

レーザーシステム

マルチバンチ
“手作りは難しい”仕事他等“泥臭い”仕事

偏光状態
発振波長
パルス強度
パルス波形
パルスの繰返し安定度

100keV偏極電子銃システム（1992〜1997）

SLACからは20年遅れで稼動開始。
しかし、挑戦すべき課題はあった!!!

ＳＰ研製作

Multi-bunch Structure Beam for ILC• Multi-bunch Structure
Average
3.2 nC × 2820 bunch × 5 Hz = 45µA
current• Peak Current
3.2 nC / 2 ns ~ 1.6 A

Surface Charge Limit Problem solved by using SL PhotocathodeK. Togawa et al. N.I.M. A414 (1998) 31-45

Mechanism and solutionof Surface Charge Limit phenomenon○ 電子を溜めない
high QE ⇒超格子
○ 電子を速く消滅させる
High P-dope at surface⇒ band bending領域を狭くする

ＳＰ研作図

渡川和晃 第1回高エネルギー物理学奨励賞（1999）

200keVリニアコライダー用偏極電子源の実証機(泥臭い仕事=既存技術の限界に挑む)
1998年設計開始○ それまでのベストは、SLACの120keV偏極電子銃（ＳＬＣのＷ‐Ｓ角精密測定実験で5年間の稼動実績）○ SLACを上回る性能を目指す
フォトカソード印加電界を1.8MV/mから3.0MV/mへ→低エミッタンス化→高ピーク電流密度化→高移送効率化○ 新技術開発
① 高電界化② 低暗電流化③ 極高真空度化

NEA電子放出機構を守る技術

-200kV power supply
Gun Chamber

Insulation tankPreparation
Chamber

Beam extractionLaser pulse

Electrode Structure (NPES-3)
2.97 MV/m
30.07.82 MV/m°

Cathode Electrode(-200 kV)

Pack Holderφ 62
φ 60

6.52 MV/m

Pack
2.87

6.55

35

22.8°

2.54
4.06

6.65

7.04°
22.00°

45.

7.34 6.92

28

φ 12

Anode Electrode(0 V)

200keV

3.0 MV/m
7.8 MV/m
Cathode surface
Space charge limit 31.1 A

PC Surface

SLC (120KeV）

2 MV/m7 MV/mElec. Material ：Clean-Z
Polishing：electro-buff
polishing
Ry < 0.12μm

20 A

Idark < 1nA @200kV

NEA表面寿命（ＱＥ寿命）の問題

1111τ = τgas+ τDC + τion
NEA表面劣化の主な要因
1. 活性分子の吸着
2. 電界放出暗電流
3. イオン衝撃
劣化を遅くするのに必要な条件①超（極）高真空の生成②電界放出暗電流の削減

暗電流抑制に効果的な電極材料の探索
Gap 0.5mm results

Electrode shapeanodeR 24
flat top φ2gap
R 15cathodeφ48:mmDARK CURREENT [pA]

1400
Mo115MV/m

1200

SUS42MV/m

1000

Cu
Ti
50MV/m 103MV/m

800

Ti-Mo
130MV/m

600
400
200
0050

100150FIELD GRADIENT [MV/m]

Test sample

チタン陽極−モリブデン陰極の組合せがBest。

F.Furuta et al., NIM-A 538 (2005) 33-44

山本将博D論

200keV電子銃用モリブデン電極の作製

Pure Mo (99.96%) sheets(size: 250x250xt2 mm)

Hot squeezing
e beamrotation

Electro-buff polishing

Annealing 400℃ 1hEB welding

山本将博D論

電極の高電圧試験（チタン・モリブデン電極）

Dark Current [nA]

1Ti anode & Mo cathode

放電回数
赤：数回後
0.8
青：約40回後
緑：約80回後

Breakdown

0.6
Breakdown

0.40.2
Breakdown

0100

120

140160180200220

Voltage [-kV]

チタン陽極
1度の放電につき約0.4kV放電電圧が上昇。
加速電圧200kVにて、電極間暗電流 <1nA, 持続時間 > 900 hrs
電極間暗電流および高電圧の長期的維持の課題はクリア。

真空度
105

Puckインストール
10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10

真空排気
Puck温度
20℃

200℃300℃

400℃

500℃

600℃

Loading槽へ導入
予備加熱(degass)
活性化槽へ導入
NEA活性化
QE低下時の即時交換
電子銃へインストール

山本将博D論

ヒートクリーニング

200keV電子銃の極高真空度試験

200keV Gun Chamber

主排気系排気速度：~4600L/s

到達真空度：5.7ｘ10-10Ｐａ

山本将博D論

残留ガス分析
H2O：2.6x10-11 Pa
CO2：5.1x10-11 Pa

NEA表面維持のための極高真空条件はクリア
高電圧運転時に暗電流増加の原因となったためNEGモジュール部はその後取外した。
電子銃の基本真空排気系（NEG：850L/s,IP:360L/s）にて到達真空度：2.0x10-9Pa。

山本将博D論

ビーム出力50µAでのQE寿命測定
PhotocathodeBulk-GaAs （φ23mm 丸型）
初期量子効率 4.5% (λ=780nm)
τ50µA~120 hrs

Vacuum Condition
電子銃真空度: 2.3x10-9Pa,
差動排気系真空度(初期)：1.2x10-9Pa
Gun condition
加速電圧: -200kV,電極間暗電流: <1nA

Beam condition
レーザー照射径： φ1mm,ビーム電流：50µA （一定）
ビームの移送効率 >96%
ILC運転時の平均電流に匹敵する50µAにおいて、約120時間のOperational lifetimeを達成。

スピン偏極電子ビームの応用分野の開拓
まずSPLEEM装置での実用化をめざす
1990年代 PES国際ワークショップでの情報から
Spin‐STMの開発に興味
2000年 PES国際ワークショップ（名古屋大学）にLEEMの発明者のE. Bauer先生が参加、これを契機にSpin‐LEEMへの関心
2005年1月 E. Bauer先生の弟子、越川孝範氏（大阪電通大）のSP研訪問、共同研究の要請
4月 JST(日本科学技術振興機構)に対して、「透過光吸収フォトカソードによる高輝度化」の提案
9月 採択通知→日立中央研究所を含めたSPLEEMグループの形成

最初の高輝度化へ試み（2003〜2006）
測定条件 HV=−20kV、gap幅=5.34mm

Spin‐STMへの興味からニードル状GaAsエミッターの開発

M.Kuwahara et al. JJAP 45 (2006) 6245
● 電界放出機構による高輝度・偏極電子ビーム生成に成功○ この方法の問題点も明らかとなる▲ 大電流生成が難しい（原因： tip先端のmelt-d0wn）（偏極度測定時の取り出し電流 30 nA）

高輝度化への試み（2005〜） 透過光吸収型フォトカソード▲ 前面照射光・吸収型● 透過光・吸収型

レーザースポットはザブミリメートルが限界となる

レーザースポットは回折限界まで小さくできる
PhotocathodeLens
Laser f >数十cm

Anode
Laser

MirrorElectronElectron
Photocathode

Anode

Lens
f=数mm

Spherical Condenser

Laser

レーザースポットのサイズ
1.3μm(FWHM) @λ：777nm)

Lens
Electron f >数十cm

特許出願番号2006-084303（中西 彊）

2005年9月： JST−先端計測分析技術プログラムに応募して採択される

スピン偏極技術の他分野への応用
LEEM顕微鏡への応用（1995〜）
大阪電通大における“ナノ表面磁区構造の実時間観察観察”の実現が目前!!
1µm

SPIN-LEEM
大阪電通大所有の装置

JST（日本科学技術振興機構）の先端計測分析
要素技術開発プログラムに採択されて推進開始
大阪電通大所有のデータ

Transmission Photocathode Polarized Electron Source
GaP
substrate

GaAsP
buffer

GaAsP

GaAs

NEA
surface layer

E-field

C.B.

Pol. e-Circular pol. light

H.H.
L.H.

Strained super-lattice layer
工学研究科の竹田/宇治原･研究室のMOCVD装置で試作

Vacuum(EXHV)

レーザー光収束系(スポット径の測定)
OpticalFiber
Ti-Sapphire
Laser
Fiber Collimater
CCDcameraPolarizing Beam splitter

Quarter Waveplate
Imaging Lens

Laser Spot Profile

Positioner

Photocathode

XHV
Focusing Lens

Intensity [A.U.]

FocusingLens

1YX

0.75

FMHW
Y : 1.4 µm
X : 1.3 µm

0.5
0.25

Photocathode
Electron Beam

0-3-2-1
0
1
Posision [µm]23

透過光吸収フォトカソードによっても90％偏極度の達成

Pol.≤ 65%

Pol.∼ 90%

透過光吸収フォトカソード型スピン偏極電子源の試作機（JPES−1）

電子源ビーム輝度の比較
新型偏極電子源
ビーム性能のまとめ

還元ビーム輝度（A·m-2sr-1V-1）

20keV電子銃での比較〜109 冷陰極電界放出型電子源(W)エネルギー幅：0.3eV，電流変動(１時間あたり)：>10%

現在の〜108 熱陰極電界放出型電子源(W/ZrO)
エネルギー幅：0.7~1eV，電流変動(１時間あたり)：<1%

SPLEEM
電子源

偏極度
(%)

30

新型電子源
90〜107 透過光吸収型電子源(GaAs-GaAsP超格子)
エネルギー幅：<0.3eV，電流変動(１時間あたり)：<数%

1.9ｘ107〜106 熱電子源(LaB6)
エネルギー幅：2~3eV，電流変動(１時間あたり)：<2%

5ｘ10-5〜105 熱電子源(W)エネルギー幅：3~4eV，電流変動(１時間あたり)：<1%

輝度(A/sr/cm2)

1画像
収得
時間 (s)

1ｘ103

1∼10(0.5 ms)(推定)〜104 従来型SPLEEM用電子源(GaAs)

参考URL：
http://www.jeol.co.jp/technical/dictionary/SEMTerms/a-z_06.pdf

LEEM装置（既存）と新型スピン偏極電子源（完成図）
すでに最初のSPLEEM画像取得まで到達している

LEEM装置
大阪電通大で稼働中

偏極電子源装置
名古屋大で製作済み

共同研究者への謝辞

奥見正治、山本将博、(名大理SP研)

高エネルギー
ビーム物理学

吉岡正和、松本 浩、大森恒彦、栗原良将、栗木雅夫、 （KEK）
小早川久、竹田美和、宇治原 徹、高嶋圭史、山本尚人、(名大工)堀中博道 (大阪府大)坂貴 (大同工大)、加藤俊宏 (大同特殊鋼)
大嶋 卓、孝橋照生 (日立中研)
越川孝範、安江常夫 (大阪電通大)

半導体
物理学

電子顕微鏡
物理学

SP研に在籍したひと （1984〜2009の25年間）への謝辞
学士号取得者（所属者7人、学位取得者7人）
長谷部大輔、伊東啓輔、山崎淳（→京大）、豊田貴之、水野和恵（→東大）、宇津輝、斉藤光

修士号取得者（進学者28人、学位取得者27人）
堂前和彦、広瀬郁夫、生駒哲明、倉品満、武田保敏、土屋公央、津幡充、越河勉、谷本育律、
高橋千賀子、中原耕二、菅生和範、井田貴之、和田公路、倉橋祥子、渡辺淳、宮本延春、廣瀬友紀、水野龍、浪花健一、安井健一、酒井良介、玉垣邦秋、真野篤志、許斐太郎、中川靖英、（宇津輝）

博士号取得者（進学者14人、学位取得者10人）
青柳秀樹、多和田正文、渡川和晃、中村真介、鈴木千尋、西谷智博、古田史生、桑原真人、山本尚人、山本将博、 （津幡充）（高橋千賀子）（和田公路）（宮本延春）

卒業生のうち、ビーム物理関係の従事者 13名
SPring-8：1名、KEK：4名、理研：2名、豊田中研：1名
名大：2名、東大：1名、企業：1名

スピン偏極電子ビーム源のこれからの展開(1)リニアコライダー用実用機の製作へ(2)次期放射光源加速器（ERL）用500keV電子銃の製作へ
技術移転 + 新技術開発(1)と(2)の推進コアメンバーとして、山本将博君は4/1付でKEKへ転出(3)電子顕微鏡分野への応用
JST(日本科学技術振興機構) 先端計測分析技術の開発
SpinͲLEEM、SpinͲTEM、SpinͲIPES など
共同研究者やSP研卒業者によるさらなる発展に期待!!!

関連実験

超低エミッタンス電子源の基礎研究

名古屋大学

Bulk-GaAs
GaAs/GaAsP SL

超格子フォトカソードはバルク結晶より初期エミッタンスを低く抑えられる。
NEA-GaAsフォトカソードを用いた超低エミッタンス電子ビーム生成の可能性を実証
Hnx.rms ~0.1 S.mm.mrad
次世代放射光源（ERL等）に不可欠な超低エミッタンス電子ビーム源に利用できる

発表論文： N. Yamamoto et al. Journal. of Applied Phys 102, 024904 (2007)

興味のある新技術開発
500keV電子銃の実用化

10Ͳ11Pa台に入る極高真空技術

Ti‐Zr薄膜蒸着のポンプ性能の向上
ERL用
フォトカソード
ダイアモンド結晶のNEA性の確認と実用化
CsͲTeフォトカソードによる低エミッタンス化

偏極電子ビームの高エネルギー分解能化

干渉性の良い偏極電子ビームの生成
GaNͲtipからの偏極電子ビーム生成

スピン電子顕微鏡のつぎの目標ターゲット：
1nmを切る分解能での磁区構造観察
1nm分解能目標

スピン効果は見えるか（？）
10nm分解能

現状

スピン
LEEM

スピン
SEM

JST（日本科学技術振興機構）

カンチ
レバー
AMF

TEM
ローレ
ンツ
TEM

ご清聴ありがとうございました。

長い間の教室の皆様のご支援に対してお礼を申し上げます。

坂田先生の哲学「天才でなくても、方法論さえ見つけられれば良い仕事ができる」

（3） 低エネルギー分布化
Band-gap励起 + NEA最小（χ㻃0）化の2つの条件が満たされると、微小電流で良ければ、“電子エネルギー拡がり”を「熱格子運動エネルギー」まで原理的には抑制できるNEA（χ） 㻃(100〜200)meV

NEA（χ） 㻃0

スピン偏極電子ビームの応用分野開拓（これから）高輝度・高偏極度のスピン偏極電子源をシーズにして特許を2件取得

なぜ、半導体フォトカソード電子源か？
(Ⅰ) ビーム性能
1.

(Ⅱ) 装置性能

高いスピン偏極度2. 高い量子効率
3. 高いピーク電流密度

長時間の安定性（NEA表面を守る）にはハイレベル技術が必要!!!

4. 低いエミッタンス
5. 高いビーム輝度（我々の開発研究によって）すべての性能で、他の偏極電子源に優るしほとんどの性能で、無偏極電子源にも劣らない

NEAͲGaAsフォトカソード型偏極電子源

物理機構ビーム性能
フォトカソード型レーザー波形電子ビーム波形（時間） パルス生成
レーザースポットサイズ電子ビームサイズ（空間） ビーム輝度
円偏光の右巻き/左巻き変換Pockels Cellなど スピン反転（高速）円偏光励起を用いた偏極機構 結晶のバンド構造電子スピン偏極度
重い正孔の選択励起band gap励起 +NEA表面放出機構高い偏極度

NEA表面を用いた放出機構 PEAに比べて高い量子効率
NEA表面放出機構 電子ビームのエネルギー分布（幅）NEA表面電荷制限現象 電流密度に対する制約
NEA表面の劣化 NEA減少量子効率減少寿命問題

基本性能測定：Dark lifetime

Wdark>数百時間

1111=++W
Wgas WDC Wion

WdarkがWionに比べ十分長い場合、11~WWion

111=+Wdark Wgas WDC

として、ビーム電流量に依存する運転寿命(Operational lifetime)の評価ができる。

200 keV Polarized Electron Gun

Mount on theCathode electrode

Ultra high vacuum ~ 10-10 Pa
High Field Gradient ~ 3.0 MV/mCeramic

NEA activation
by Cs & NF3deposition

Superlattice wafer
on the pack

Photocathode preparation(cleaning, NEA activation)
SP研製作