[发明专利]图像型电子自旋分析器

说明书

技术领域

本发明涉及电子自旋分析领域，特别是涉及一种图像型电子自旋分析器。

背景技术

目前，对电子自旋进行测量的器件主要有Mott探测器、Spin-LEED探测器、及VLEED探测器等。其中，Mott探测器的测量方式是：先将电子加速到20-100KeV的动能，然后使电子在具有高自旋轨道相互作用的高Z元素靶上散射，通过测量散射电子强度的不对称性来测量入射电子的自旋；Spin-LEED探测器是通过测量电子在W(100)单晶表面衍射斑点强度的非对称性来测量电子的自旋；VLEED探测器是最近发展的新测量器件，其测量方式是：首先将电子动能加(减)速到6eV，然后分别测量电子在+Z及-Z方向磁化的Fe(001)-p(1×1)O靶上的反射率，通过测量此两反射率的相对差异来测量入射电子在Z方向的自旋。VLEED探测器是目前测量效率最高的电子自旋分析器。

例如，如图1所示，其为现有VLEED探测器的电子自旋测量原理示意图。初始电子平面11的a点处的入射电子经过电子透镜12后入射至散射靶13，由该散射靶13散射后经过电子透镜14到达至二维图像型电子探测器15的A点。同样，初始电子平面11的b点处的入射电子经过类似的路径到达二维图像型电子探测器的B点。若入射电子垂直入射至散射靶13，则经过散射靶13弹性散射后的出射电子也垂直散射靶13，但如此一来，显然二维图像型电子探测器就会阻挡入射电子束，故目前的VLEED自旋探测器采用使入射电子斜射至散射靶13。由于VLEED的探测效率随着入射角(即电子束与散射靶法线间的夹角)的加大而下降，故需要选取较小的入射角，而考虑到电子透镜12和电子透镜14的尺寸等因素，入射角不能过小，因此通常将入射角选取为7°，如图1所示。由于入射角不为零,入射电子轨道和出射电子轨道不同,入射电子和出射电子不能采用同一电子透镜,这样，由于几何限制,电子光学透镜12和14的尺寸较小,导致出现较大的像差，也就是来自a点的各入射电子在电子探测器上会形成以A点为中心的较大束斑，同样，来自b点的各入射电子在电子探测器上会形成以B点为中心的较大束斑，由于束斑较大，导致以A点为中心的束斑与以B点为中心的束斑会部分重叠。又因为束斑无法区分，导致现有VLEED探测器无法基于束斑来区分入射电子的来源位置，也就是说，无法区分入射电子是来自a点还是来自b点。该种无法区分入射电子的来源位置的探测器被称为单通道探测器；能基于束斑来区分入射电子的来源位置的探测器被称为多通道探测器或图像型探测器。目前运行的电子自旋分析器几乎都是单通道的。为了提高电子自旋测量的效率，实现电子自旋的多通道测量一直是科研技术人员关注的焦点。

现今唯一报道的多通道电子自旋分析器是由德国的Kirschner研究组创制的Spin-LEED图像型自旋分析器。该分析器的入射电子以45°角入射至W(100)靶，入射电子束与散射电子束形成90°的夹角，由于入射电子在该W(100)靶背面形成的虚像面及电子探测器平面均与电子光学轴相垂直，故电子光学系统具有较小的像差，可以区分入射电子的来源位置。但是，spin-LEED分析器进行电子自旋测量是基于自旋轨道相互作用，其效率仅为基于强相关联相互作用的VLEED分析器的十分之一。此外，由于spin-LEED分析器所采用的W(100)靶不能被磁化，故需要将样品先后经过相反方向的磁化，并分别测量不同磁化方向时电子的反射强度，通过反射强度的差来确定从样品发出的电子的自旋极化度。由于该测量方式需要对样品进行磁化，仅能对铁磁性样品进行测量。而具有自旋轨道耦合的非铁磁性样品中的电子自旋状态研究是凝聚态物理的前沿，故急需基于其它原理的多通道电子自旋分析器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种通用及更高效率的图像型电子自旋分析器，以实现电子自旋的多通道测量。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像型电子自旋分析器，其至少包括：散射靶、二维图像型电子探测器、以及电子弯转单元；其中，所述电子弯转单元用于使入射电子聚焦后弯转第一角度、再以最优入射角聚焦入射至所述散射靶以及使所述散射靶散射出的出射电子聚焦后弯转第二角度，再以最优出射角聚焦出射至所述二维图像型电子探测器，且入射电子的运动轨道与出射电子的运动轨道分离，第一角度及第二角度中至少一者不为0°。

优选地，所述电子弯转单元为一种使聚焦后的出射电子弯转第二角度后聚焦垂直到达至所述二维图像型电子探测器的单元；更为优选地，所述第二角度的范围为[0°，180°]。