Processing

Please wait...

Settings

Settings

Goto Application

1. WO2012066024 - SPIN DETECTOR ARRANGEMENT FOR MEASURING THE VECTOR COMPONENT OF A SPIN VECTOR PREDOMINATING IN A PARTICLE BEAM

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ DE ]

Spindetektoranordung zum Messen der Vektorkomponenten eines in einem Teilchenstrahl vorherrschenden Spinvektors

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spindetektoranordung zum Detektieren von Vektorkomponenten eines vorherrschenden Spinvektors in einem Teilchenstrahl mit einer vorherrschenden Spinorientierung der Teilchen. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Detektieren aller Vektorkomponenten eines vorherrschenden Spinvektors in einem Teilchenstrahl mit einer vorherrschenden Spinorientierung der Teilchen.

Spindetektoranordungen zum Detektieren von Vektorkomponenten eines vorherrschenden Spinvektors sind bspw. aus DE 10 2005 045 622 A1 , DE 26 46 394 A1 , DE 198 42 476 C1 , EP 0 490 170 A2, US 4,760,254, US 2010/0155598 A1und JP 61-283890 bekannt.

Die Entgegenhaltungen DE 10 2005 045 622 A1 , DE 198 42 476 C1 und DE 26 46 394 A1 beschreiben Verfahren und Anordnungen zum Detektieren von Komponenten des Spinpolarisationsvektors eines Elektronenstrahls, wobei jedoch keine Detektion aller drei Komponenten stattfindet.

Die EP 0 490 170 A2 beschreibt eine Spindetektoranordung, in der ein ferromagnetisches Target Verwendung findet, dessen Polarisationsrichtung eine bestimmte Richtung aufweist. Der Polarisationsvektor eines zu messenden Elektronenstrahls, wird mittels eines Rotators mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit gedreht. Mit Hilfe eines Log-inVerstärkers, wird ein Wechselstromsignal am Target detektiert, wobei ein dem Rotator zugeführtes sägezahnförmiges Stromsignal als Referenz Verwendung findet. Aus der Phasendifferenz zwischen dem sägezahnförmigen Referenzsignal und dem detektierten Wechselstromsignal wird der Winkel zwischen dem Polarisationsvektor des auf das Target auftreffenden Elektronenstrahls und dem Magnetisierungsvektor des Targets ermittelt. Um mit diesem Verfahren alle drei Komponenten des Polarisationsvektors zu ermitteln, findet ein Detektor mit vier Targets Verwendung.

Die US 4,760,254 beschreibt ein Gerät und ein Verfahren zum Messen des Spinpolarisationsvektors eines Elektronenstrahls, mit dem alle drei Komponenten des Spinpolarisationsvektors gemessen werden können. Hierzu weist das Gerät einen sphärischen Kondensator auf, der in Sichtlinie des einlaufenden Elektronenstrahls eine Öffnung aufweist. Je nachdem, ob der Kondensator geladen ist oder nicht, wird der Elektronenstrahl einem ersten oder einem zweiten Target zugeführt. Während das eine Target zur Messung der x-Komponente und der y-Komponente Verwendung findet, findet das andere Target zum Messen der y-Komponente und der z-Komponente Verwendung.

JP 61-283890 beschreibt eine Vorrichtung, mit der alle drei Komponenten des Spinpolarisationsvektors eines Elektronenstrahls gemessen werden können. Hierzu durchläuft der Elektronenstrahl nacheinander zwei Targets, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Target ein sphärischer Deflektor den Elektronenstrahl ablenkt.

Zum Messen aller drei Komponenten des Spinpolarisationsvektors findet in diesem Stand der Technik also mehrere Targets Verwendung.

Auch die US 2010/0155598 A1 beschreibt einen Elektronenspindetektor, mit dem alle drei Komponenten eines Spinpolarisationsvektors ermittelt werden können. Das Detektieren erfolgt unter Zuhilfenahme eines magnetischen Films, der die Detektion eines Spins in einer bestimmten Richtung ermöglicht. Um alle drei Komponenten des Spinpolarisationsvektors zu ermitteln, sind in der Vorrichtung zwei Spinrotatoren vorhanden, mit denen jede beliebige Komponente des Spinpolarisationsvektors in die detektierbare Richtung gebracht werden kann.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Spindetektoranordung zur Verfügung zu stellen, mit der sich alle Vektorkomponenten eines vorherrschenden Spinvektors in einem Teilchenstrahl detektieren lassen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Detektieren aller Vektorkomponenten eines in einem Teilchenstrahl vorherrschenden Spinvektors zur Verfügung zu stellen.

Die erste Aufgabe wird durch eine Spindetektoranordung nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Spindetektoranordung zum Detektieren von Vektorkomponenten eines vorherrschenden Spinvektors in einem Teilchenstrahl mit einer vorherrschenden Spinorientierung der Teilchen umfasst eine Spinrotator, eine dem Spinrotator nachgeschaltete Ablenkvor-richtung, die die Bahn des Teilchenstrahls bspw. elektrostatisch um einen Ablenkwinkel ablenkt, und einen der elektrostatischen Ablenkvorrichtung nachgeschalteten Spin-Detektor, der die Detektion der Vektorkomponenten eines Spinvektors senkrecht zur Bewegungsrichtung des Teilchenstrahls ermöglicht. Der Spinrotator umfasst zumindest einen schaltbare Spule, die eine Axialrichtung aufweist und derart ausgerichtet ist, dass der Teilchenstrahl entlang der Axialrichtung durch die schaltbare Spule hindurchtritt. Mit der schaltbaren Spule ist eine Schalteinheit verbunden, die ein Schalten des Erregerzustandes der Spule - und damit des von der Spule generierten Magnetfeldes - ermöglicht. Der Spinrotator kann zudem optional eine elektrostatische oder magnetische Linse umfassen.

Mit dem Detektor, der bspw. ein Mottdetektror und insbesondere ein Mikro-Mottdetektor sein kann, können mit Hilfe einer Streuung der Teilchen an einem Target die zur Bewegungsrichtung des Teilchenstrahls beim Auftreffen auf das Target senkrechten Vektorkomponenten des im Teilchenstrahl vorherrschenden Spinvektors detektiert werden. Mit der schaltbaren Spule lässt sich die räumliche Orientierung des im Teilchenstrahl vorherrschenden Spinvektors um die„alte" Bewegungs-richtung des Teilchenstrahls drehen, bevor er durch die Ablenkvorrichtung hindurchtritt. Eine derartige Drehung um die„alte" Bewegungsrichtung bestimmt, welche Vektorkomponenten des im Teilchenstrahl vorherrschenden Spinvektors nach dem Durchtritt durch die Ablenkvorrichtung in der Ebene senkrecht zur„neuen" Bewegungsrichtung, also der Bewegungsrichtung beim Auftreffen auf das Target des Detektors, liegen. Durch ein Schalten der Spule kann daher eine Änderung derjenigen Vektorkomponenten, die sich in der Ebene senkrecht zur „neuen" Bewegungsrichtung befinden, herbeigeführt werden. Vom Detektor werden daher je nachdem, wie die Spule geschaltet ist, unterschiedliche Vektorkomponenten des im Teilchenstrahl vorherrschenden Spinvektors detektiert. Insgesamt können so alle Vektorkomponenten des vorherrschenden Spinvektors detektiert werden.

Gegenüber den eingangs erwähnten Spindetektoren nach Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass nur ein Target nötig ist.

Mit der erfindungsgemäßen Spindetektoranordung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Detektieren aller Vektorkomponenten eines in einem Teilchenstrahl vorherrschenden Spinvektors durchführen. In diesem Verfahren werden mit dem Detektor nacheinander jeweils zwei Vektorkomponenten des vorherrschenden Spinvektors gemessen, wobei mittels der Schalteinheit bei der einen Messung die Spule des Spinrotators in einen ersten Erregerzustand und bei der anderen Messung in einen zweiten Erregerzustand gebracht wird. Der erste und der zweite Erregerzustand der Spule können sich in der Stromstärke und/oder dem Vorzeichen eines durch die Spule fließenden Stroms voneinander unterscheiden.

In einer ersten beispielhaften Variante kann die Spule im ersten Erregerzustand von einem Strom mit einer bestimmten Stromstärke durchflössen werden und im zweiten Erregerzustand von einem Strom derselben Stromstärke wie im ersten Erregerzustand, der aber im Vergleich zum ersten Erregerzustand ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil dass die teilchenoptischen Eigenschaften des Spinrotators durch das Schalten nicht beeinflusst werden, da die Linsenwirkung der Spule nur von der Stromstärke des durch die Spule fließenden Stroms beeinflusst wird, nicht aber durch dessen Vorzeichen.

In einer zweiten beispielhaften Variante des Verfahrens kann die Spule im ersten Erregerzustand von einem Strom mit einer bestimmten Stromstärke größer Null durchflössen werden und im zweiten Erregerzustand von einem Strom mit der Stromstärke Null. In anderen Worten, in dieser Variante wird die Spule im zweiten Erregerzustand nicht von Strom durchflössen. Die Schalteinheit kann dann einfach gehalten werden, da sie lediglich ein Ein-und Ausschalten des durch die Spule fließenden Stroms zu ermöglichen braucht.

Die Stromstärke des durch die Spule fließenden Stroms bestimmt die magnetischen Flussdichte des in der Spule generierten Magnetfeldes. Diese bestimmt wiederum die Geschwindigkeit, mit der der Spinvektor um die„alte" Bewegungsrichtung gedreht wird. Die Stromtärke des durch die Spule fließenden Stroms bestimmt bei vorgegebener Spulenlänge daher den Winkel, um den der vorherrschende Spinvektor um die„alte" Bewegungs-richtung gedreht wird. Durch Einstellen der Stromstärke und des Vorzeichens des durch die schaltbare Spule des Spinrotators fließenden Stromes lassen sich über den Erregerzustand der Spule die Stärke und die Orientierung des Manetfeldes und damit der Winkel, um den der Spinvektor um die„alte" Bewegungsrichtung gedreht wird, und die Drehrichtung einstellen.

Wenn die zuschaltbare Spule des Spinrotators von einem Joch umgeben ist, lassen sich bei gleicher Stromstärke stärkere Magnetfelder generieren. Eine bestimmte Drehung des vorherrschenden Spinvektors kann dann mit einer im Vergleich zu einer Spule ohne Joch kürzeren Spule herbeigeführt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, eine bestimmte Drehung des vorherrschenden Spinvektors bei gleicher Spulenlänge wie mit einer Spule ohne Joch mit einer geringeren Stromstärke herbeizuführen. Außerdem werden durch das Joch Streufelder reduziert, so dass eine Beeinflussung der Abbildungseigenschaften des Spinrotators durch das zugeschaltete Magnetfeld minimiert werden kann.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren,

Figur 1

Spindetektoranordnung in einer schematischen Darstellung.

Figur 2 zeigt die Drehung des Spins im Magnetfeld.

Figur 3 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Spindetektoranordnung in einer geschnittenen perspektivischen Darstellung.

Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Spindetektoranordnung wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 1 beschrieben. Als wesentliche Elemente umfasst diese Anordnung einen Spinrotator 1 , der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektrostatische Linse 3 mit einer schaltbaren Spule 5 umfasst, eine dem Spinrotator nachgeschaltete, im vorliegenden Ausführungsbeispiel rein elektrostatisch betriebene Ablenkvorrichtung 7 und einen der elektrostatischen Ablenkvorrichtung nachgeschalteten Spindetektor 9, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Mikro-Mottdetektor ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Spindetektoranordnung kann darüber hinaus wie im dargestellten Ausführungsbeispiel weitere elektrostatische oder magnetische Elemente 11 umfassen. Diese können beispielsweise weitere elektrostatische Linsen, Driftrohre oder Kondensatoren, mit denen sich die Bahn eines durch die Spindetektoranordnung hindurchtretenden Teilchenstrahls aus ladungsbehafteten Teilchen beeinflussen lässt, sein. Wie beschrieben umfasst der Spinrotator 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine elektrostatische Linse. Das Vorhandensein der elektrostatischen Linse ist jedoch keine Voraussetzung für das Funktionieren des Spinrotators. Im einfachsten Fall kann der Spinrotator lediglich die Spule 5 umfassen, mit deren Magnetfeld die Spinrotation herbeigeführt wird. Wenn der Spinrotator zusätzlich zur Spule 5 weitere Elemente umfasst, können anstelle der elektrostatischen Linse 3 oder zusätzlich zu dieser auch andere elektrostatische und/oder magnetische Elemente wie etwa magnetische Linsen, Driftrohre, etc. vorhanden sein.

Ein Teilchenstrahl T tritt durch eine Eintrittsöffnung 13 in die Spindetektoranordnung ein und durchläuft nacheinander den Spinrotator 1 , und das elektrostatische Ablenkelement 7, um schließlich in den Mikro- Mottdetektor 9 zu gelangen. Der Teilchenstrahl T enthält Teilchen mit einem Spin, wobei die Orientierung des Spins der im Teilchenstrahl enthaltenen Teilchen eine Vorzugsrichtung aufweist. Diese Vorzugsrichtung wird durch einen Spinvektor repräsentiert, der wiederum durch drei Spinvektor-komponenten festgelegt ist. Dies bedeutet jedoch nicht, dass alle Teilchen des Teilchenstrahls T einen Spin besitzen, der gemäß der Vorzugsrichtung orientiert ist. Vielmehr liegt eine Verteilung der Spinorientierungen der einzelnen Teilchen vor, wobei diese Verteilung ein Maximum bei einer Spinorientierung aufweist, die der Vorzugsrichtung entspricht. Die Schärfe des Maximums, also seine Höhe im Verhältnis zu seiner Breite hängen vom Grad der Polarisierung im Teilchenstrahl ab, der wiederum von dem Prozess abhängt, der die Polarisierung herbeigeführt hat.

Im Mikro-Mottdetektor 9 können mit Hilfe eines ebenen Targets, an dem eine Streuung stattfindet, die von der Polarisationsrichtung der Teilchen in der Targetebene abhängt, und dessen Targetebene senkrecht zur Bezugsrichtung des Teilchenstrahls verläuft, diejenigen Vektorkomponenten des im Teilchenstrahl T vorherrschenden Spinvektors ermittelt werden, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Teilchenstrahls T verlaufen. Wenn in Figur 1 beispielsweise die Richtung, in der der Teilchenstrahl T in die Spindetektor-anordnung durch die Eintrittsöffnung 13 eintritt, in einem an den Spin der Teilchen des Teilchenstrahls gekoppelten Koordinatensystem als Z-Richtung definiert wird, so sind die dazu senkrechten Richtungen die X-Richtung und die Y-Richtung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Teilchenstrahl durch das elektrostatische Ablenkelement 7 in seiner Richtung um 90° abgelenkt, ohne die Orientierung seines Spins zu verändern. Daher verläuft seine Bewegungsrichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach dem Durchtritt durch das Ablenkelement 7 entgegen der X-Richtung, wie durch die mit A gekennzeichneten Koordinatenachsen angedeutet ist. Im Mikro-Mottdetektor 9 werden dann die Y-Komponente und die Z-Komponente des die vorherrschende Spinorientierung repräsentierenden Spinvektors detektiert, solange der Spinrotator 1 den Spin der Teilchen im Teilchenstrahl nicht dreht. Solange der Spinrotator 1 den Spin nicht dreht, wird die Vorzugsrichtung des Spins im Teilchenstrahl - und damit die Orientierung des daran gekoppelten Koordinatensystems - nicht beeinflusst.

Der Spinrotator 1 weist neben der im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorhandenen elektrostatischen Linse 3 auch die schaltbare Spule 5 auf, die derart relativ zur Bewegungsrichtung des Teilchenstrahls T ausgerichtet ist, dass der Teilchenstrahl in Axialrichtung der Spule durch diese hindurchtritt, d.h. die Axialrichtung der Spule verläuft im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Z-Richtung des an den Spinvektor des Teilchenstrahls gekoppelten Koordinationssystems. Zum Schalten der Spule 5 weist die Spindetektoranordnung eine Schalteinheit 15 auf, die mit der Spule 5 des Spinrotators 1 verbunden ist. Wenn die Spule 5 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zugeschaltet wird, generiert ein Stromfluss durch die Spule 5 ein Magnetfeld im Inneren der Spule. Die Spule 5 mit den Feldlinien einer magnetischen Flussdichte B ist in Figur 2 dargestellt. Außerdem zeigt Figur 2 die Bewegungsrichtung Z des durch die Spule 5 hindurchtretenden Teilchenstrahls T und eine senkrecht zur Bewegungsrichtung Z verlaufende Spin-vektorkomponente s. Die Spinvektorkomponente s erfährt im Magnetfeld, dessen Magnetfeldlinien im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Inneren der Spule 5 parallel zur Bewegungsrichtung Z des Teilchenstrahls verlaufen, eine Präzession, das heißt eine Drehung um die Bewegungsrichtung Z des Teilchenstrahls T. Der Winkel, um den die Spinkomponente s gedreht wird, hängt dabei von der Stärke des Magnetfeldes sowie dem durch das Magnetfeld zurückgelegten Weg ab. Je stärker das Magnetfeld bei einem vorgegebenen Weg ist, desto schneller dreht sich der Spin und desto größer ist der Drehwinkel nach dem Durchtritt durch das Magnetfeld.

Das Magnetfeld im Inneren der Spule 5 ist im vorliegenden Ausführungs-beispiel als homogenes Magnetfeld dargestellt. Das Vorliegen eines homogenen Magnetfeldes im Inneren der Spule 5 ist aber keine Voraussetzung für das Funktionieren des Spinrotators. Die Rotation des Spins kann nicht nur mit homogenen Magnetfeldern, sondern auch mit inhomogenen Magnetfeldern herbeigeführt werden. Bei Verwendung von inhomogenen Magnetfeldern kann die Spule auch teilchenstrahloptische Funktionen übernehmen, bspw. als magnetische Linse eine Fokussierung oder Defokussierung des Teilchenstrahls herbeiführen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die durch das Magnetfeld zurückzulegende Strecke des Teilchenstrahls T und die Stärke des Magnetfeldes so aufeinander abgestimmt, dass die Spinvektorkomponente s nach dem Durchtritt durch das Magnetfeld um 90° um die Bewegungsrichtung gedreht ist. In dem mit dem Spinvektor gekoppelten Koordinatensystem bedeutet dies, dass das Koordinatensystem um 90° um die Z-Achse gedreht wird. Wenn also ein Spinvektor im Koordinatensystem A eine bestimmte Orientierung aufweist, weist er nach dem Durchtritt durch den Spinrotator mit eingeschaltetem Magnetfeld diese Orientierung im Koordinatensystem B auf. Mit anderen Worten, der Spinvektor wird noch immer durch denselben Wert der X-Koordinate, der Y-Koordinate und der Z-Koordinate repräsentiert, wobei jedoch das damit gekoppelte Koordinatensystem um 90° um die Z-Achse gedreht ist. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach dem Durchtritt durch das Magnetfeld des Spinrotators 1 nur noch elektrostatische Ablenkungen erfolgen, die die Orientierung des Spinvektors nicht beeinflussen, entspricht die Bewegungsrichtung des Teilchenstrahls T nach dem Durchtritt durch das elektrostatische Ablenkelement 7 nunmehr der Y-Richtung des mit dem Spinvektor verknüpften Koordinatensystems. Im Mikro-Mottdetektor 9 werden daher die X-Komponente und die Z-Komponente des Spinvektors gemessen. Die Abwesenheit einer Beeinflussung der der Orientierung des Spinvektors vereinfacht insbesondere die Darstellung der vorliegenden Erfindung, ist aber keine Notwendigkeit für das Funktionieren der Erfindung. Auch bei einer die Orientierung beeinflussenden magnetischen Ablenkung oder sonstigen Beeinflussung des Teilchenstrahls nach dem Durchtritt durch den Spinotator 1 ist die Erfindung ausführbar, solange der Spin bei einer solchen magnetischen Beeinflussung nicht um die ursprüngliche Bewegungsrichtung soweit gedreht wird, dass die durch den Spinrotator 1 vermittelte Drehung wieder vollständig kompensiert wird. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn nach dem Durchtritt durch den Spinrotator 1 keine magnetische Beeinflussung des Teilchenstrahls mehr stattfindet, die den Spin um die ursprüngliche Bewegungsrichtung (Z-Richtung in Figur 1) drehen könnte. Eine Drehung des Spins um die„neue" Bewegungsrichtung des Teilchenstrahls nach dem Durchtritt durch die Ablenkvorrichtung 7 (X-Richtung im Falle der ausgeschalteten Spule, wie in Koordinatensystem A dargestellt, und Y- Richtung im Falle der eingeschalteten Spule, wie in Koordinatensystem B dargestellt) ist dagegen in der Regel unkritisch, da sie die in der zur Bewegungsrichtung senkrechten Ebene liegenden Spinvektorkomponenten in dieser Ebene belässt. Insbesondere ist es aber vorteilhaft, wenn auf dem Weg zum Detektor 9 nur noch elektrostatische Beeinflussungen des Teilchenstrahls stattfinden, um unerwünschte Einflüsse von Magnetfeldern auf die Orientierung des Spins zuverlässig ausschließen zu können.

Mit Hilfe der im Ausführungsbeispiel dargestellten Spindetektoranordnung können also alle drei Komponenten des vorherrschenden Spinvektors in einem Teilchenstrahl T ermittelt werden, indem gemäß dem Ausführungsbeispiel zuerst die Y-Komponente und die Z-Komponente des Spinvektors bei ausgeschalteter Spule 5 des Spinrotators 1 detektiert werden. Danach wird mittels der Schalteinheit 15 das Magnetfeld der Spule 5 zugeschaltet, sodass nun die X-Komponente und die Z-Komponente des Spinvektors detektiert werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Spule 5 von einem Joch 17 umgeben. Dieses vermindert Streufelder, welche die teilchenoptischen Eigenschaften des Spinrotators negativ beeinflussen könnten. Außerdem führt sie zu einer erhöhten Magnetfelddichte im Inneren der Spule, sodass ein vorgegebener Wert der magnetischen Flussdichte im Inneren der Spule mit einer geringeren Stromstärke des durch die Spule 5 fließenden Stromes erreicht werden kann.

Der Teilchenstrahl kann insbesondere ein Elektronenstrahl sein. Aber auch eine Vorzugsrichtung der Spinorientierung in Teilchenstrahlen, die aus anderen elektrisch geladenen Teilchen bestehen, insbesondere die Vorzugsrichtung der Spinorientierung in lonenstrahlen, kann mit der beschriebenen Spindetektoranordnung mit allen drei Komponenten detektiert werden.

Nachfolgend wird mit Bezug auf Figur 3 ein konkretes Ausführungsbeispiel für die Spindetektoranordnung beschrieben.

Das in der Skizze gezeigte Instrument misst den Spin eines Elektrons, typischerweise am Austritt eines Halbkugel-Photoelektronen-Spektrometers. Das Elektron tritt durch die Eintrittsöffnung (entrance hole 13) in den Detektor ein, mit einer Spinpolarisation („Spin") mit Komponenten in x,y,z-Richtung. Das elektrostatische Linsensystem inklusive 90° Ablenker 7 leitet das Elektron in den Mikro-Mottdetektor 9. Dort werden zwei von den drei Spinvektorkomponenten gemessen.

Das als „spin rotator lens" dienende Linsenelement 1 ist entweder rein elektrostatisch („without rotator"), oder es kann ein zusätzliches definiertes Magnetfeld („with rotator") angelegt werden. Mit diesem zusätzlichen Magnetfeld wird der Elektronenspin um die z-Achse um einen Betrag von 90° gedreht.

Ist das Magnetfeld im spin rotator 1 abgeschaltet („without rotator"), so kann der Mikro-Mottdetektor die y- und z-Komponente des Spins bestimmen.

Ist das Magnetfeld im spin rotator 1 eingeschaltet („with rotator"), so kann der Mikro-Mottdetektor die x- und z-Komponente des Spins bestimmen.

Durch An- und Ausschalten des spin rotators kann man also sequentiell alle drei Komponenten des Elektronenspins bestimmen. Ohne den spin rotator 1 kann man nur y- und z-Komponente bestimmen.

Die gesamte Spindetektoranordnung ist in einer Vacuumkammer angeordnet. Der Mikro-Mottdetektor weist ein ebenes Streutarget und vier Channeltrons auf. Der Spinrotator 1 ermöglicht ein schnelles Umschalten zwischen den Spinvektorkomponenten, die mit dem Mikro-Mottdetektor 9 detektiert werden. Die Spindetektoranordnung misst den Teilchenspin, insbesondere einen Elektronenspin, aus genau einem Punkt im E(k)-Raum. Es tritt also keine Energieverschiebung bei der Detektion unterschiedlicher Spinkomponenten auf.

Die vorliegende Erfindung wurde zu Darstellungszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen erläutert. Der Fachmann erkennt jedoch, dass Abweichungen von diesen Ausführungsbeispielen möglich sind. Bspw. sind die Schaltzustände der Spule 5 in den Ausführungsbeispielen so

gewählt, dass sie in einem Schaltzustand ein Magnetfeld generiert, das eine Rotation des Spins um 90° herbeiführt und in einem anderen Schaltzustand kein Magnetfeld generiert. Alternativ ist es jedoch bspw. auch möglich, die Schaltzustände so zu wählten, dass in dem einen Schaltzustand ein Magnetfeld generiert wird, das eine Rotation des Spins um 45° herbeiführt und in dem anderen Schaltzustand ein Magnetfeld generiert, das eine Rotation des Spins um -45° herbeiführt wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Linsenwirkung, die nur von der Stromstärke des durch die Spule fließenden Stroms beeinflusst wird, nicht aber durch dessen Vorzeichen, in beiden Schaltzuständen gleich ist. Insgesamt kommt es bei den beiden Schaltzuständen aber nur darauf an, dass der Spin um unterschiedliche Winkel gedreht wird (also etwa um 0° im einen Schaltzustand und 90° im anderen Schaltzustand oder 45° im einen Schaltzustand und -45° im anderen Schaltzustand). Hierbei ist es nicht einmal notwendig, dass die Differenz zwischen den beiden Drehwinkeln 90° beträgt. Ein Differenzwinkel von 90° bietet jedoch den Vorteil, dass das Detekteiren der drei Komponenten dann am einfachsten ist. Ebenso braucht das Ablenkelement 7 den Teilchenstrahl nicht unbedingt um 90° abzulenken, eine kleinere Ablenkung ist ebenfalls ausreichend. Jedoch bietet auch hier ein Winkel von 90° den Vorteil, dass das Detekteiren der drei Komponenten dann am einfachsten ist.

Bezugszeichen

I Spinrotator

3 elektrostatische Linse

5 zuschaltbare Spule

7 elektrostatisches Ablenkelement

9 Detektor

I I elektrostatische Elemente

13 Eintrittsöffnung

15 Schalteinheit

17 Joch

B Feldlinien der magnetischen Flussdichte