JP2000314697A - スピン偏極走査型トンネル顕微鏡 - Google Patents
スピン偏極走査型トンネル顕微鏡Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スピン偏極走査型トンネル顕微鏡に関し、探
針の先端から試料へのスピン偏極電子の安定したトンネ
リングを持続させる。 【解決手段】 レーザ光１を探針２に照射してスピン偏
極した電子を励起するスピン偏極走査型トンネル顕微鏡
に、探針２を試料面４に対して平行に回転できる回転機
構５を備える。
針の先端から試料へのスピン偏極電子の安定したトンネ
リングを持続させる。 【解決手段】 レーザ光１を探針２に照射してスピン偏
極した電子を励起するスピン偏極走査型トンネル顕微鏡
に、探針２を試料面４に対して平行に回転できる回転機
構５を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はスピン偏極走査型ト
ンネル顕微鏡に関するものであり、特に、常により良い
状態の探針表面にレーザ光を照射するための機構に特徴
のあるスピン偏極走査型トンネル顕微鏡に関するもので
ある。
ンネル顕微鏡に関するものであり、特に、常により良い
状態の探針表面にレーザ光を照射するための機構に特徴
のあるスピン偏極走査型トンネル顕微鏡に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、ハードディスクなど記録媒体の記
録密度の上昇は著しく、この様な記録媒体の磁気的情報
を評価する手法としては、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、ビ
ッター法等の種々の方法があるが、今後さらに記録密度
が上昇し、より微細な領域での評価手法となると、上述
の方法では限界が生ずることが予想される。この様な微
細な領域での磁気的情報の評価方法として、スピン偏極
走査型トンネル顕微鏡が開発され始めており、このスピ
ン偏極走査型トンネル顕微鏡は、原理的には、原子分解
能を有している。
録密度の上昇は著しく、この様な記録媒体の磁気的情報
を評価する手法としては、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）、ビ
ッター法等の種々の方法があるが、今後さらに記録密度
が上昇し、より微細な領域での評価手法となると、上述
の方法では限界が生ずることが予想される。この様な微
細な領域での磁気的情報の評価方法として、スピン偏極
走査型トンネル顕微鏡が開発され始めており、このスピ
ン偏極走査型トンネル顕微鏡は、原理的には、原子分解
能を有している。
【０００３】例えば、特開昭６２−１３９２４０号公報
に記載されているスピン偏極走査型トンネル顕微鏡は、
ＧａＡｓ探針に垂直に円偏光を照射してスピン偏極電子
を生成し、このスピン偏極電子がトンネル効果により試
料に注入されることによるトンネル電流を検出するもの
である。その検出方法は、円偏光を左右に切り替えなが
ら試料面を走査し、試料の磁区に対応したトンネル電流
の平均値を、試料表面の凹凸信号として検出し、試料の
凹凸情報と磁区情報に起因したトンネル電流を同時に取
得するものである。
に記載されているスピン偏極走査型トンネル顕微鏡は、
ＧａＡｓ探針に垂直に円偏光を照射してスピン偏極電子
を生成し、このスピン偏極電子がトンネル効果により試
料に注入されることによるトンネル電流を検出するもの
である。その検出方法は、円偏光を左右に切り替えなが
ら試料面を走査し、試料の磁区に対応したトンネル電流
の平均値を、試料表面の凹凸信号として検出し、試料の
凹凸情報と磁区情報に起因したトンネル電流を同時に取
得するものである。
【０００４】しかし、この様な検出方法において、装置
の振動等に伴ってトンネル電流に突発的なノイズが混入
した場合、トンネル電流の平均値が変動し正確な凹凸情
報が得られなくなり、この様な不正確な凹凸情報に基づ
いて試料面を走査した場合、ＧａＡｓ探針と試料面との
距離を一定に保つことができず、検出された磁気情報の
ノイズの影響を受けてしまうという問題がある。
の振動等に伴ってトンネル電流に突発的なノイズが混入
した場合、トンネル電流の平均値が変動し正確な凹凸情
報が得られなくなり、この様な不正確な凹凸情報に基づ
いて試料面を走査した場合、ＧａＡｓ探針と試料面との
距離を一定に保つことができず、検出された磁気情報の
ノイズの影響を受けてしまうという問題がある。
【０００５】そこで、本発明者は、この様な問題を解決
するための走査方法を提案（必要ならば、特開平１０−
２０６４３４号公報参照）しているので、この様な走査
方法に用いる従来のスピン偏極走査型トンネル顕微鏡を
図５を参照して説明する。 図５参照 図５は、従来のスピン偏極走査型トンネル顕微鏡の概念
的構成図であり、ＧａＡｓ探針５０にレーザ光４４を照
射するための励起光源４１は、レーザ駆動回路４３によ
って駆動され、波長８３０ｎｍの近赤外線レーザ光を出
力するＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ４２、ポッケルスセ
ル駆動回路４９から供給される２値の駆動信号の値に応
じてレーザ光の偏波面を０°または９０°回転させるポ
ッケルスセル４５、レーザ光４４を円偏光に変換するλ
／４板４６、シャッタ４７、円偏光を集束するレンズ４
８から構成される。
するための走査方法を提案（必要ならば、特開平１０−
２０６４３４号公報参照）しているので、この様な走査
方法に用いる従来のスピン偏極走査型トンネル顕微鏡を
図５を参照して説明する。 図５参照 図５は、従来のスピン偏極走査型トンネル顕微鏡の概念
的構成図であり、ＧａＡｓ探針５０にレーザ光４４を照
射するための励起光源４１は、レーザ駆動回路４３によ
って駆動され、波長８３０ｎｍの近赤外線レーザ光を出
力するＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ４２、ポッケルスセ
ル駆動回路４９から供給される２値の駆動信号の値に応
じてレーザ光の偏波面を０°または９０°回転させるポ
ッケルスセル４５、レーザ光４４を円偏光に変換するλ
／４板４６、シャッタ４７、円偏光を集束するレンズ４
８から構成される。
【０００６】また、ＧａＡｓ探針５０は探針ホルダー５
１により支持固定され、ＧａＡｓ探針５０に円偏光した
レーザ光４４が照射されると、ＧａＡｓ探針５０の価電
子帯の電子が伝導帯に励起されるが、励起された電子の
内の約３／４は円偏光の伝搬方向と同一方向のスピンを
有し、残りの約１／４の電子は逆方向のスピンを有する
ことになる。
１により支持固定され、ＧａＡｓ探針５０に円偏光した
レーザ光４４が照射されると、ＧａＡｓ探針５０の価電
子帯の電子が伝導帯に励起されるが、励起された電子の
内の約３／４は円偏光の伝搬方向と同一方向のスピンを
有し、残りの約１／４の電子は逆方向のスピンを有する
ことになる。
【０００７】このスピン偏極電子が生成されたＧａＡｓ
探針５０を試料５２に近づけると、スピン偏極電子がト
ンネル効果によって試料５２に流れ込むことになるが、
この時、試料５２の磁区の磁化方向がスピン偏極電子の
スピンの方向と同一か逆かによって流れる電流が変化す
るので、このトンネル電流を検出することによって磁気
的情報を検出する。
探針５０を試料５２に近づけると、スピン偏極電子がト
ンネル効果によって試料５２に流れ込むことになるが、
この時、試料５２の磁区の磁化方向がスピン偏極電子の
スピンの方向と同一か逆かによって流れる電流が変化す
るので、このトンネル電流を検出することによって磁気
的情報を検出する。
【０００８】この場合の試料５２は、例えば、試料面内
に容易軸を有する磁性体であり、試料５２は粗動ステー
ジ５４上に固定されたピエゾ素子５３上に固定されてい
る。粗動ステージ５４は粗動コントローラ５９によって
駆動されて互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し、ま
た、ピエゾ素子５３はピエゾコントローラ５８によって
互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に例えば、０．１Åの精
度で微小変位するものであり、これらによって、試料５
２はＧａＡｓ探針５０に対して相対的に変位する。
に容易軸を有する磁性体であり、試料５２は粗動ステー
ジ５４上に固定されたピエゾ素子５３上に固定されてい
る。粗動ステージ５４は粗動コントローラ５９によって
駆動されて互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し、ま
た、ピエゾ素子５３はピエゾコントローラ５８によって
互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に例えば、０．１Åの精
度で微小変位するものであり、これらによって、試料５
２はＧａＡｓ探針５０に対して相対的に変位する。
【０００９】また、粗動コントローラ５９及びピエゾコ
ントローラ５８は制御ユニット５６の制御下にある。ま
た、ＧａＡｓ探針５０に流れるトンネル電流はプリアン
プ５５で増幅されて制御ユニット５６に供給される。制
御ユニット５６は、コンピュータ５７の指令に従って試
料５２に対するＧａＡｓ探針５０の走査を行い、さらに
励起光源４１或いはポッケルスセル駆動回路４９の制御
を行うものである。
ントローラ５８は制御ユニット５６の制御下にある。ま
た、ＧａＡｓ探針５０に流れるトンネル電流はプリアン
プ５５で増幅されて制御ユニット５６に供給される。制
御ユニット５６は、コンピュータ５７の指令に従って試
料５２に対するＧａＡｓ探針５０の走査を行い、さらに
励起光源４１或いはポッケルスセル駆動回路４９の制御
を行うものである。
【００１０】上述のように、スピン偏極走査型トンネル
顕微鏡においては、スピン偏極電子が安定してトンネリ
ングすることが不可欠であり、ＧａＡｓ探針５０から試
料５２にトンネリングするスピン偏極電子は、ＧａＡｓ
探針５０と磁性体からなる試料５２の表面の状態の良し
悪しに左右されることになる。
顕微鏡においては、スピン偏極電子が安定してトンネリ
ングすることが不可欠であり、ＧａＡｓ探針５０から試
料５２にトンネリングするスピン偏極電子は、ＧａＡｓ
探針５０と磁性体からなる試料５２の表面の状態の良し
悪しに左右されることになる。
【００１１】また、探針としてＧａＡｓ探針５０を用い
る場合、その表面状態は表面準位によるピンニング（ｐ
ｉｎｎｉｎｇ）の影響を受けることになるため、この様
な表面準位によるピンニングを低減させる方法として、
硫黄終端化処理と呼ばれる方法が用いられている。この
硫黄終端化処理とは、ＧａＡｓ探針５０を（ＮＨ4 ） 2
Ｓ中にディピングしたのち熱処理を施すことにより、Ｇ
ａＡｓ表面の未結合のダングリング・ボンドを終端させ
る処理であり、この様な硫黄終端化処理によって比較的
安定なトンネリングが実現される。
る場合、その表面状態は表面準位によるピンニング（ｐ
ｉｎｎｉｎｇ）の影響を受けることになるため、この様
な表面準位によるピンニングを低減させる方法として、
硫黄終端化処理と呼ばれる方法が用いられている。この
硫黄終端化処理とは、ＧａＡｓ探針５０を（ＮＨ4 ） 2
Ｓ中にディピングしたのち熱処理を施すことにより、Ｇ
ａＡｓ表面の未結合のダングリング・ボンドを終端させ
る処理であり、この様な硫黄終端化処理によって比較的
安定なトンネリングが実現される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の硫黄終
端化処理を施した場合にも、測定に際してはＧａＡｓ探
針表面にレーザ光を照射しているため、アブレーション
（ａｂｌａｔｉｏｎ）効果により、測定時間が長くなる
と、終端したＡｓが飛散して安定したトンネリングが持
続しないことがある。
端化処理を施した場合にも、測定に際してはＧａＡｓ探
針表面にレーザ光を照射しているため、アブレーション
（ａｂｌａｔｉｏｎ）効果により、測定時間が長くなる
と、終端したＡｓが飛散して安定したトンネリングが持
続しないことがある。
【００１３】この様なトンネリング不良の原因は解明さ
れていないが、アルバラードによって超真空中でも劣化
が生ずることが報告されており、また、測定開始から数
時間はトンネリングが良好なことからみて、トンネリン
グ不良には長時間のレーザ照射が関与し、レーザ照射に
よってＧａＡｓ探針の表面状態が劣化するためと考えら
れる。
れていないが、アルバラードによって超真空中でも劣化
が生ずることが報告されており、また、測定開始から数
時間はトンネリングが良好なことからみて、トンネリン
グ不良には長時間のレーザ照射が関与し、レーザ照射に
よってＧａＡｓ探針の表面状態が劣化するためと考えら
れる。
【００１４】したがって、本発明は、探針の先端から試
料へのスピン偏極電子の安定したトンネリングを持続さ
せることを目的とする。
料へのスピン偏極電子の安定したトンネリングを持続さ
せることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 （１）本発明は、レーザ光１を探針２に照射してスピン
偏極した電子を励起するスピン偏極走査型トンネル顕微
鏡において、探針２を試料面４に対して平行に回転でき
る回転機構５を備えたことを特徴とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 （１）本発明は、レーザ光１を探針２に照射してスピン
偏極した電子を励起するスピン偏極走査型トンネル顕微
鏡において、探針２を試料面４に対して平行に回転でき
る回転機構５を備えたことを特徴とする。
【００１６】この様に、探針２に回転機構５を設けるこ
とによって、トンネル電流が低減した場合、探針２を回
転させることによって、常に表面状態の良好な新しい面
にレーザ光１を照射することができ、それによって、ス
ピン偏極した電子の安定したトンネリングを持続するこ
とができる。
とによって、トンネル電流が低減した場合、探針２を回
転させることによって、常に表面状態の良好な新しい面
にレーザ光１を照射することができ、それによって、ス
ピン偏極した電子の安定したトンネリングを持続するこ
とができる。
【００１７】（２）また、本発明は、レーザ光１を探針
２に照射してスピン偏極した電子を励起するスピン偏極
走査型トンネル顕微鏡において、レーザ光１の光路にレ
ーザ光１を走査する光路スキャン機構６を備えたことを
特徴とする。
２に照射してスピン偏極した電子を励起するスピン偏極
走査型トンネル顕微鏡において、レーザ光１の光路にレ
ーザ光１を走査する光路スキャン機構６を備えたことを
特徴とする。
【００１８】この様に、レーザ光１の光路にレーザ光１
を走査する光路スキャン機構６を設けることによって、
探針２の同じ面内の異なった位置にレーザ光１を照射す
ることができ、それによって、トンネル電流が低減した
場合、レーザ光１を走査して表面状態の良好な位置にレ
ーザ光１を照射することによって、スピン偏極した電子
の安定したトンネリングを持続することができる。
を走査する光路スキャン機構６を設けることによって、
探針２の同じ面内の異なった位置にレーザ光１を照射す
ることができ、それによって、トンネル電流が低減した
場合、レーザ光１を走査して表面状態の良好な位置にレ
ーザ光１を照射することによって、スピン偏極した電子
の安定したトンネリングを持続することができる。
【００１９】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、スピン偏極電子に依存する信号をロッ
クイン検出し、検出信号が常に最大になるように回転機
構５または光路スキャン機構６の少なくとも一方を制御
する手段を設けたことを特徴とする。
（２）において、スピン偏極電子に依存する信号をロッ
クイン検出し、検出信号が常に最大になるように回転機
構５または光路スキャン機構６の少なくとも一方を制御
する手段を設けたことを特徴とする。
【００２０】この様に、スピン偏極電子に依存する信
号、即ち、トンネル電流をロックイン検出することによ
って、トンネル電流の変化分のみを抽出することがで
き、それによって、探針２と試料面４との距離の変動に
よるトンネル電流の変化の影響を受けることなく、磁気
的情報を正確に検出することができる。
号、即ち、トンネル電流をロックイン検出することによ
って、トンネル電流の変化分のみを抽出することがで
き、それによって、探針２と試料面４との距離の変動に
よるトンネル電流の変化の影響を受けることなく、磁気
的情報を正確に検出することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図４を参照して
本発明の実施の形態を説明する。 図２参照 図２は、本発明の実施の形態のスピン偏極走査型トンネ
ル顕微鏡の概念的構成図であり、ＧａＡｓ探針１８にレ
ーザ光１４を照射するための励起光源１１は、レーザ電
源１３によって駆動され、波長８３１ｎｍの近赤外線レ
ーザ光を出力するＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ１２、Ｐ
ＥＭ電源１７から供給される５０ｋＨｚの信号に応じて
左右円偏光を生成するＰＥＭ（Ｐｈｏｔｏ Ｅｌａｓｔ
ｉｃ Ｍｏｄｅｒａｔｏｒ）１５、光路スキャン機構１
６から構成される。なお、グラントムソンプリズム、λ
／４板、或いは、集束レンズ等の光学要素は図示を省略
する。
本発明の実施の形態を説明する。 図２参照 図２は、本発明の実施の形態のスピン偏極走査型トンネ
ル顕微鏡の概念的構成図であり、ＧａＡｓ探針１８にレ
ーザ光１４を照射するための励起光源１１は、レーザ電
源１３によって駆動され、波長８３１ｎｍの近赤外線レ
ーザ光を出力するＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ１２、Ｐ
ＥＭ電源１７から供給される５０ｋＨｚの信号に応じて
左右円偏光を生成するＰＥＭ（Ｐｈｏｔｏ Ｅｌａｓｔ
ｉｃ Ｍｏｄｅｒａｔｏｒ）１５、光路スキャン機構１
６から構成される。なお、グラントムソンプリズム、λ
／４板、或いは、集束レンズ等の光学要素は図示を省略
する。
【００２２】また、ＧａＡｓ探針１８は探針ホルダー
（図示せず）を介してピエゾ素子によって構成される探
針回転機構１９に支持固定され、ＧａＡｓ探針１８に円
偏光したレーザ光１４が照射されると、ＧａＡｓ探針１
８の価電子帯の電子が伝導帯に励起されるが、励起され
た電子の内の約３／４は円偏光の伝搬方向と同一方向の
スピンを有し、残りの約１／４の電子は逆方向のスピン
を有することになる。
（図示せず）を介してピエゾ素子によって構成される探
針回転機構１９に支持固定され、ＧａＡｓ探針１８に円
偏光したレーザ光１４が照射されると、ＧａＡｓ探針１
８の価電子帯の電子が伝導帯に励起されるが、励起され
た電子の内の約３／４は円偏光の伝搬方向と同一方向の
スピンを有し、残りの約１／４の電子は逆方向のスピン
を有することになる。
【００２３】図３（ａ）参照 図３（ａ）は、ＧａＡｓ探針１８の形状を示す概略図で
あり、（１００）面を主面とし、不純物濃度が、例え
ば、１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＧａＡｓ基板を用い、（０
１１）面が表れる様に劈開して棒状体のチップを形成し
たのち、（１−１０）面が表れるように再び斜めに劈開
したものであり、このＧａＡｓ探針１８を回転させるこ
とによって、先端の（１００）面、（０１１）面、或い
は、（１−１０）面のいずれかにレーザ光１４を照射さ
せることになる。なお、本明細書においては、明細書作
成の都合上、通常“１バー”で表記される面指数を“−
１”で表記する。
あり、（１００）面を主面とし、不純物濃度が、例え
ば、１０17ｃｍ-3程度のｐ型ＧａＡｓ基板を用い、（０
１１）面が表れる様に劈開して棒状体のチップを形成し
たのち、（１−１０）面が表れるように再び斜めに劈開
したものであり、このＧａＡｓ探針１８を回転させるこ
とによって、先端の（１００）面、（０１１）面、或い
は、（１−１０）面のいずれかにレーザ光１４を照射さ
せることになる。なお、本明細書においては、明細書作
成の都合上、通常“１バー”で表記される面指数を“−
１”で表記する。
【００２４】図３（ｂ）参照 図３（ｂ）は、ＧａＡｓ探針１８を探針ホルダー２７に
保持させた場合の状態を示す図であり、探針ホルダー２
７に設けた凹部２８にＧａＡｓ探針１８を挿入し、ネジ
２９で固定することによって保持するようになってい
る。
保持させた場合の状態を示す図であり、探針ホルダー２
７に設けた凹部２８にＧａＡｓ探針１８を挿入し、ネジ
２９で固定することによって保持するようになってい
る。
【００２５】再び、図２参照 また、例えば、磁性体からなる試料２０は粗動ステージ
２２上に固定されたピエゾ素子２１上に固定されてお
り、粗動ステージ２２は制御ユニット２３の指令により
粗動コントローラ（図示せず）によって駆動されて互い
に直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し、また、ピエゾ素子
２１は制御ユニット２３の指令によりピエゾコントロー
ラ（図示せず）によって互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向
に例えば、０．１Åの精度で微小変位するものであり、
これらの動作によって、試料２０はＧａＡｓ探針１８に
対して相対的に変位する。
２２上に固定されたピエゾ素子２１上に固定されてお
り、粗動ステージ２２は制御ユニット２３の指令により
粗動コントローラ（図示せず）によって駆動されて互い
に直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し、また、ピエゾ素子
２１は制御ユニット２３の指令によりピエゾコントロー
ラ（図示せず）によって互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向
に例えば、０．１Åの精度で微小変位するものであり、
これらの動作によって、試料２０はＧａＡｓ探針１８に
対して相対的に変位する。
【００２６】また、ＧａＡｓ探針１８に流れるトンネル
電流はプリアンプ２５で増幅されて制御ユニット２３、
及び、ロックインアンプ２６に供給される。また、ＰＥ
Ｍ電源１７は、制御ユニット２３からの指令によって、
例えば、５０ｋＨｚの周波数で駆動され、さらに、ＰＥ
Ｍ電源１７の出力はロックインアンプ２６のリファレン
スとして使用される。
電流はプリアンプ２５で増幅されて制御ユニット２３、
及び、ロックインアンプ２６に供給される。また、ＰＥ
Ｍ電源１７は、制御ユニット２３からの指令によって、
例えば、５０ｋＨｚの周波数で駆動され、さらに、ＰＥ
Ｍ電源１７の出力はロックインアンプ２６のリファレン
スとして使用される。
【００２７】この様に、ロックインアンプ２６によって
トンネル電流をロックイン検出することによって、トン
ネル電流の変化分のみを抽出することができ、それによ
って、ＧａＡｓ探針１８と試料２０の試料面との距離の
変動によるトンネル電流の変化の影響を受けることな
く、磁気的情報を正確に検出することができる。
トンネル電流をロックイン検出することによって、トン
ネル電流の変化分のみを抽出することができ、それによ
って、ＧａＡｓ探針１８と試料２０の試料面との距離の
変動によるトンネル電流の変化の影響を受けることな
く、磁気的情報を正確に検出することができる。
【００２８】図４（ａ）及び（ｂ）参照 図４（ａ）は、光路スキャン機構１６をレーザ光１４の
進行方向から見た場合の概念的構成図であり、また、図
４（ｂ）は、光路スキャン機構１６をレーザ光１４の進
行方向に沿って見た場合の概念的構成図である。図に示
す様に、円形のミラー３０を固定点３１に対して正三角
形の略頂点の位置に配置した１対のピエゾ素子３２，３
３を伸縮させミラー３０を若干傾けるものであり、ミラ
ー３０の傾きによってレーザ光１４は走査される。な
お、図２においては、レーザ光１４が、光路スキャン機
構１６を透過するように図示しているが、実際には、ミ
ラー３０によって異なった方向に反射されるものであ
り、したがって、ＧａＡｓ探針１８の位置も反射したレ
ーザ光１４が照射させる位置に配置するものである。
進行方向から見た場合の概念的構成図であり、また、図
４（ｂ）は、光路スキャン機構１６をレーザ光１４の進
行方向に沿って見た場合の概念的構成図である。図に示
す様に、円形のミラー３０を固定点３１に対して正三角
形の略頂点の位置に配置した１対のピエゾ素子３２，３
３を伸縮させミラー３０を若干傾けるものであり、ミラ
ー３０の傾きによってレーザ光１４は走査される。な
お、図２においては、レーザ光１４が、光路スキャン機
構１６を透過するように図示しているが、実際には、ミ
ラー３０によって異なった方向に反射されるものであ
り、したがって、ＧａＡｓ探針１８の位置も反射したレ
ーザ光１４が照射させる位置に配置するものである。
【００２９】この様な構成を前提に踏まえて、本発明の
特徴点である、光路スキャン機構１６及び探針回転機構
１９の動作を説明する。まず、上述のように、ＧａＡｓ
探針１８の所定の結晶面の所定の位置に円偏光したレー
ザ光１４を照射させて、トンネル電流を測定するが、試
料２０の磁化状態の信号が弱くなった場合、ロックイン
検出した信号も弱くなるので、ロックイン検出信号の強
度に応じて、光路スキャン機構１６を構成するピエゾ素
子３２，３３に所定の電圧を印加してミラー３０を傾斜
させてレーザ光１４を同一結晶面内で走査する。この様
に、同一結晶面内を走査しながら得た検出信号が大きく
なった位置で走査を停止し、再び、正規の測定を再開す
る。
特徴点である、光路スキャン機構１６及び探針回転機構
１９の動作を説明する。まず、上述のように、ＧａＡｓ
探針１８の所定の結晶面の所定の位置に円偏光したレー
ザ光１４を照射させて、トンネル電流を測定するが、試
料２０の磁化状態の信号が弱くなった場合、ロックイン
検出した信号も弱くなるので、ロックイン検出信号の強
度に応じて、光路スキャン機構１６を構成するピエゾ素
子３２，３３に所定の電圧を印加してミラー３０を傾斜
させてレーザ光１４を同一結晶面内で走査する。この様
に、同一結晶面内を走査しながら得た検出信号が大きく
なった位置で走査を停止し、再び、正規の測定を再開す
る。
【００３０】次に、測定中に再びロックイン検出した信
号が弱くなった場合、再び、光路スキャン機構１６によ
ってレーザ光１４を走査するが、それでも、ロックイン
検出した信号が大きくならない場合、走査を中止して、
今度は探針回転機構１９を回転させることによって、レ
ーザ光１４が照射される面を以前とは異なった結晶状態
の良好な新しい結晶面とする。
号が弱くなった場合、再び、光路スキャン機構１６によ
ってレーザ光１４を走査するが、それでも、ロックイン
検出した信号が大きくならない場合、走査を中止して、
今度は探針回転機構１９を回転させることによって、レ
ーザ光１４が照射される面を以前とは異なった結晶状態
の良好な新しい結晶面とする。
【００３１】なお、この場合の、探針回転機構１９は、
通常使用されているピエゾ素子を利用した回転機構であ
り、ピエゾ素子によるＸ，Ｙ，Ｚ方向の変位を組み合わ
せることによって、ＧａＡｓ探針１８を擬似的に回転さ
せるものである。
通常使用されているピエゾ素子を利用した回転機構であ
り、ピエゾ素子によるＸ，Ｙ，Ｚ方向の変位を組み合わ
せることによって、ＧａＡｓ探針１８を擬似的に回転さ
せるものである。
【００３２】この様に、本発明においては、スピン偏極
走査型トンネル顕微鏡を用いて磁性体等の試料２０の表
面の磁気的情報を検出する際に、探針回転機構１９或い
は光路スキャン機構１６を用いて、常に、ロックイン検
出信号が大きく得られる表面状態の良好な結晶面にレー
ザ光１４を照射しているので、スピン偏極電子に基づく
トンネル電流の最大値を得ることができ、安定した測定
が可能になる。
走査型トンネル顕微鏡を用いて磁性体等の試料２０の表
面の磁気的情報を検出する際に、探針回転機構１９或い
は光路スキャン機構１６を用いて、常に、ロックイン検
出信号が大きく得られる表面状態の良好な結晶面にレー
ザ光１４を照射しているので、スピン偏極電子に基づく
トンネル電流の最大値を得ることができ、安定した測定
が可能になる。
【００３３】以上、本発明の実施の形態を説明してきた
が、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、
上記の実施の形態の説明においては、探針回転機構１９
として、微小変位の制御が可能なピエゾ素子を用いて構
成しているが、ピエゾ素子に限られるものではなく、入
手が容易なステッピングモータを用いても良いものであ
る。
が、本発明は実施の形態に記載した構成及び条件に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能である。例えば、
上記の実施の形態の説明においては、探針回転機構１９
として、微小変位の制御が可能なピエゾ素子を用いて構
成しているが、ピエゾ素子に限られるものではなく、入
手が容易なステッピングモータを用いても良いものであ
る。
【００３４】また、上記の実施の形態の説明において
は、光路スキャン機構１６として、ピエゾ素子３２，３
３で駆動されるミラ−３０を用いているが、ミラー３０
に限られるものではなく、ミラー３０と同様に、１対の
ピエゾ素子によって駆動されるプリズムを用いても良い
ものである。
は、光路スキャン機構１６として、ピエゾ素子３２，３
３で駆動されるミラ−３０を用いているが、ミラー３０
に限られるものではなく、ミラー３０と同様に、１対の
ピエゾ素子によって駆動されるプリズムを用いても良い
ものである。
【００３５】また、上記の実施の形態の説明において
は、レーザ光１４の偏波面を回転させる光学素子として
ＰＥＭ１５を用いているが、ＰＥＭに限られるものでは
なく、図５に示した従来例と同様にポッケルスセルを用
いても良いものである。
は、レーザ光１４の偏波面を回転させる光学素子として
ＰＥＭ１５を用いているが、ＰＥＭに限られるものでは
なく、図５に示した従来例と同様にポッケルスセルを用
いても良いものである。
【００３６】また、上記の実施の形態の説明において
は、探針としてＧａＡｓ探針１８を用いているが、Ｇａ
Ａｓに限られるものではなく、ＩｎＰ等の直接遷移型の
III-Ｖ族化合物半導体であれば良く、その場合には、使
用するIII-Ｖ族化合物半導体の禁制帯幅に応じて、半導
体レーザ１２の発振波長を変える必要がある。
は、探針としてＧａＡｓ探針１８を用いているが、Ｇａ
Ａｓに限られるものではなく、ＩｎＰ等の直接遷移型の
III-Ｖ族化合物半導体であれば良く、その場合には、使
用するIII-Ｖ族化合物半導体の禁制帯幅に応じて、半導
体レーザ１２の発振波長を変える必要がある。
【００３７】また、上記の実施の形態の説明において
は、検出信号が低下した場合、まず、光路スキャン機構
１６を動作させ、そののち探針回転機構１９を動作させ
ているが、まず、探針回転機構１９を動作させ、そのの
ち光路スキャン機構１６を動作させても良いものであ
る。
は、検出信号が低下した場合、まず、光路スキャン機構
１６を動作させ、そののち探針回転機構１９を動作させ
ているが、まず、探針回転機構１９を動作させ、そのの
ち光路スキャン機構１６を動作させても良いものであ
る。
【００３８】さらに、上記の実施の形態の説明において
は、スピン偏極走査型トンネル顕微鏡に光路スキャン機
構１６及び探針回転機構１９の両方を設けているが、場
合によっては、その一方のみを設けるだけでも良く、特
に、探針回転機構のみを設けても良いものである。
は、スピン偏極走査型トンネル顕微鏡に光路スキャン機
構１６及び探針回転機構１９の両方を設けているが、場
合によっては、その一方のみを設けるだけでも良く、特
に、探針回転機構のみを設けても良いものである。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、探針回転機構或いは光
路スキャン機構を設けているので、常に表面状態が良好
な新しい結晶面にレーザ光を照射することができ、それ
によって、スピン偏極電子の安定したトンネリングを持
続することができるので、安定した磁気的情報の測定が
可能になり、ひいては、磁気記録媒体の記録密度向上に
寄与するところが大きい。
路スキャン機構を設けているので、常に表面状態が良好
な新しい結晶面にレーザ光を照射することができ、それ
によって、スピン偏極電子の安定したトンネリングを持
続することができるので、安定した磁気的情報の測定が
可能になり、ひいては、磁気記録媒体の記録密度向上に
寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態のスピン偏極走査型トンネ
ル顕微鏡の概念的構成図である。
ル顕微鏡の概念的構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に用いるＧａＡｓ探針の説
明図である。
明図である。
【図４】本発明の実施の形態に用いる光路スキャン機構
の説明図である。
の説明図である。
【図５】従来のスピン偏極走査型トンネル顕微鏡の概念
的構成図である。
的構成図である。
１ レーザ光 ２ 探針 ３ 試料 ４ 試料面 ５ 回転機構 ６ 光路スキャン機構 １１ 励起光源 １２ 半導体レーザ １３ レーザ電源 １４ レーザ光 １５ ＰＥＭ １６ 光路スキャン機構 １７ ＰＥＭ電源 １８ ＧａＡｓ探針 １９ 探針回転機構 ２０ 試料 ２１ ピエゾ素子 ２２ 粗動ステージ ２３ 制御ユニット ２４ コンピュータ ２５ プリアンプ ２６ ロックインアンプ ２７ 探針ホルダー ２８ 凹部 ２９ ネジ ３０ ミラー ３１ 固定点 ３２ ピエゾ素子 ３３ ピエゾ素子 ４１ 励起光源 ４２ 半導体レーザ ４３ レーザ駆動回路 ４４ レーザ光 ４５ ポッケルスセル ４６ λ／４板 ４７ シャッタ ４８ レンズ ４９ ポッケルスセル駆動回路 ５０ ＧａＡｓ探針 ５１ 探針ホルダー ５２ 試料 ５３ ピエゾ素子 ５４ 粗動ステージ ５５ プリアンプ ５６ 制御ユニット ５７ コンピュータ ５８ ピエゾコントローラ ５９ 粗動コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA50 CA40 DA01 DA05 DB06 DD02 EA16 EA20 EB23 EB27 FA07 LA30 ZA10
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザ光を探針に照射してスピン偏極し
た電子を励起するスピン偏極走査型トンネル顕微鏡にお
いて、前記探針を試料面に対して平行に回転できる回転
機構を備えたことを特徴とするスピン偏極走査型トンネ
ル顕微鏡。 - 【請求項２】 レーザ光を探針に照射してスピン偏極し
た電子を励起するスピン偏極走査型トンネル顕微鏡にお
いて、前記レーザ光の光路にレーザ光を走査する光路ス
キャン機構を備えたことを特徴とするスピン偏極走査型
トンネル顕微鏡。 - 【請求項３】 上記スピン偏極した電子に依存する信号
をロックイン検出し、検出信号が常に最大になるように
上記回転機構または上記光路スキャン機構の少なくとも
一方を制御する手段を設けたことを特徴とする請求項１
または２に記載のスピン偏極走査型トンネル顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11122645A JP2000314697A (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | スピン偏極走査型トンネル顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11122645A JP2000314697A (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | スピン偏極走査型トンネル顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000314697A true JP2000314697A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14841105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11122645A Withdrawn JP2000314697A (ja) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | スピン偏極走査型トンネル顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000314697A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001069771A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-20 | Japan Science And Technology Corporation | Rotary body and quantum electric motor |
| JP2007205917A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Rockgate Corp | 回転走査型スピン偏極トンネル顕微分光システム |
| CN111856079A (zh) * | 2019-04-25 | 2020-10-30 | 株式会社岛津制作所 | 扫描型探针显微镜 |
-
1999
- 1999-04-28 JP JP11122645A patent/JP2000314697A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001069771A1 (en) * | 2000-03-15 | 2001-09-20 | Japan Science And Technology Corporation | Rotary body and quantum electric motor |
| JP2007205917A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Rockgate Corp | 回転走査型スピン偏極トンネル顕微分光システム |
| CN111856079A (zh) * | 2019-04-25 | 2020-10-30 | 株式会社岛津制作所 | 扫描型探针显微镜 |
| CN111856079B (zh) * | 2019-04-25 | 2023-09-19 | 株式会社岛津制作所 | 扫描型探针显微镜 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060704 |