一种图像型电子自旋分析器

摘要

本发明提供一种图像型电子自旋分析器，包括：电子光学系统、散射靶和二维图像型电子探测器；所述电子光学系统包括非轴对称透镜群和磁场，非轴对称透镜群与磁场相配合使入射电子与出射电子的运动轨道相分离以增加自旋分析器各部件几何配置的自由度，将入射电子偏转并成像至与所述反射靶相对应的特定平面处，并将由所述散射靶散射后的电子成像在所述二维图像型电子探测器上形成二维电子强度图像，从而实现电子自旋的多通道测量；非轴对称透镜的引入可以补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性、减小光学系统的像差、并使电子光学系统的调试更为简单。

权利要求

1.一种图像型电子自旋分析器，其特征在于，所述图像型电子自旋分析器至少包括：电子光学系统、散射靶及二维图像型电子探测器；

所述电子光学系统用于使初始入射电子偏转第一设定角度后在所述散射靶平面或所述散射靶平面后的任意一平面上成像，再使经所述散射靶弹性散射后的出射电子偏转第二设定角度后在所述二维图像型电子探测器平面上成像；

其中，所述电子光学系统包括磁场和非轴对称透镜群；所述磁场用于分离入射电子和出射电子的运动轨道并实现电子运动方向的偏转，所述磁场在垂直磁场方向和平行磁场方向具有不同的电子光学特性；所述非轴对称透镜群用于补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，减小像差，并使电子束在像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像。

2.根据权利要求1所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述第一设定角度为(0°，360°)，所述第二设定角度为(0°，360°)。

3.根据权利要求2所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述第一设定角度及所述第二设定角度为10°、15°、20°、25°、30°、45°、60°、90°、120°、135°或180°中任意一个角度或任意两个角度。

4.根据权利要求1所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述非轴对称透镜群包括多个透镜组，其中至少一个透镜组为非轴对称透镜组。

5.根据权利要求4所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述非轴对称透镜组至少包括一个非轴对称透镜。

6.根据权利要求5所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述非轴对称透镜为圆柱形电透镜一分为多而构筑的电多极透镜。

7.根据权利要求6所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述非轴对称透镜为电四极透镜。

8.根据权利要求6所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：可以通过调整所述电多极透镜的电极电压，实现电子束的偏转。

9.根据权利要求1所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述电子光学系统的中心轴线与所述散射靶的法线的夹角为(-90°，90°)。

10.根据权利要求9所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述电子光学系统的入射电子束中心轴线、散射电子束中心轴线与所述散射靶的法线的夹角为0°、±15°、±

20°、±25°、±30°、±45°或±60°中任意一个角度或任意两个角度。

11.根据权利要求1所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述散射靶的材料包括铁磁性材料或具有高自旋-轨道相互作用的材料。

12.根据权利要求11所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述铁磁性材料包括铁磁性氧化铁。

13.根据权利要求11所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述高自旋-轨道相互作用材料包括钨、铱、金、拓扑绝缘体的单晶或非晶材料。

14.根据权利要求1所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述二维图像型电子探测器包括微通道板、荧光板及相机。

15.根据权利要求1所述的图像型电子自旋分析器，其特征在于：所述二维图像型电子探测器包括微通道板及延迟线探测器。

说明书

一种图像型电子自旋分析器

技术领域

[0001] 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

[0002] 目前，对电子自旋进行测量的分析器主要有Mott型、Spin-LEED型、及VLEED型分析器。其中，Mott型分析器的测量方式是：先将电子加速到20-100KeV的动能，然后使电子在具有高自旋-轨道相互作用材料(通常由高原子序数元素构成)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分析器是通过测量电子在具有高自旋-轨道相互作用材料(如钨、铱、铂、拓扑绝缘体等)单晶表面衍射斑点强度的非对称性来测量电子的自旋；VLEED是最近发展的新分析器，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方向磁化的铁磁性靶上的反射率，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是目前测量效率最高的电子自旋分析器。

[0003] 如图1所示为现有的单通道VLEED分析器的电子自旋测量原理示意图。初始电子平面11上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到达电子探测器15的A点。同样，初始电子平面11上b点处的入射电子经过类似的路径到达电子探测器的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，出射电子和入射电子路径相同，电子探测器会遮断入射电子束，故经典的VLEED自旋分析器采用使入射电子斜射至散射靶13。由于VLEED的测量效率随着入射角(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°。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。为了获得较小的入射角，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，因此，经典的VLEED分析器无法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电子自旋分析器被称为单通道电子自旋分析器；能将入射电子的来源位置进行区分的分析器被称为多通道分析器或图像型分析器。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。

[0004] 现今报道的多通道电子自旋分析器有两种。一种是由德国的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°入射角入射至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分析器的百分之一。另一种为本申请人发明的VLEED型多通道电子自旋分析器，已经获得中国专利授权(专利号201310313572)。该发明引入磁场实现了入射电子与出射电子运动轨迹的分离，从而实现了高效率的VLEED型多通道电子自旋测量，并采用辅助磁场去除主磁场在沿磁场方向及垂直磁场方向电子光学的非对称性，但是，主辅两个磁场的构筑及调试较为困难，从而不能实现极小的像差，也不利于应用推广。

发明内容

[0005] 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图像型电子自旋分析器，用于解决现有技术中多通道电子自旋分析器测量效率低、像差大、光学系统调试困难等问题。

[0006] 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，所述图像型电子自旋分析器至少包括：

[0007] 电子光学系统、散射靶及二维图像型电子探测器；

[0008] 所述电子光学系统用于使初始入射电子偏转第一设定角度后在所述散射靶平面或所述散射靶平面后的任意一平面上成像，再使经所述散射靶弹性散射后的出射电子偏转第二设定角度后在所述二维图像型电子探测器平面上成像；

[0009] 其中，所述电子光学系统包括磁场和非轴对称透镜群；所述磁场用于分离入射电子和出射电子的运动轨道并实现电子运动方向的偏转；所述非轴对称透镜群用于补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，减小像差，并使电子束在像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像。

[0010] 优选地，所述第一设定角度为(0°，360°)，所述第二设定角度为(0°，360°)。

[0011] 更优选地，所述第一设定角度及所述第二设定角度为10°、15°、20°、25°、30°、45°、60°、90°、120°、135°或180°中任意一个角度或任意两个角度。

[0012] 优选地，所述非轴对称透镜群包括多个透镜组，其中至少一个透镜组为非轴对称透镜组。

[0013] 更优选地，所述非轴对称透镜组至少包括一个非轴对称透镜。

[0014] 更优选地，所述非轴对称透镜为圆柱形电透镜一分为多而构筑的电多极透镜。

[0015] 更优选地，所述非轴对称透镜为电四极透镜。

[0016] 更优选地，可以通过调整所述电多极透镜的电极电压，实现电子束的偏转。

[0017] 优选地，所述电子光学系统的中心轴线与所述散射靶的法线的夹角为(-90°，90°)。

[0018] 更优选地，所述电子光学系统的入射电子束中心轴线、散射电子束中心轴线与所述散射靶的法线的夹角为0°、±15°、±20°、±25°、±30°、±45°或±60°中任意一个角度或任意两个角度。

[0019] 优选地，所述散射靶的材料包括铁磁性材料或具有高自旋-轨道相互作用的材料。

[0020] 更优选地，所述铁磁性材料包括铁磁性氧化铁。

[0021] 更优选地，所述具有高自旋-轨道相互作用的材料包括钨、铱、金、拓扑绝缘体的单晶或非晶材料。

[0022] 优选地，所述二维图像型电子探测器包括微通道板、荧光板及相机。

[0023] 优选地，所述二维图像型电子探测器包括微通道板及延迟线探测器。

[0024] 如上所述，本发明的图像型电子自旋分析器，具有以下有益效果：

[0025] 本发明的图像型电子自旋分析器通过引进磁场以实现入射电子轨道和出射电子轨道的分离，从而避免电子光学系统及电子探测器的几何配置困难，并可以使透镜系统采用较大的尺寸从而获得较小的像差；通过非轴对称透镜的引入补偿磁场在垂直及平行磁场方向电子光学的非对称性，从而实现在此两个方向的同时成像，从而实现真正的二维成像，减小像差，增加电子自旋测量的通道数；同时，本发明的电子光学系统的调试更为简单。

附图说明

[0026] 图1显示为现有技术中的单通道VLEED分析器的电子自旋测量原理示意图。

[0027] 图2显示为本发明的图像型电子自旋分析器的第一种实施方式。

[0028] 图3显示为本发明的图像型电子自旋分析器的第二种实施方式。

[0029] 图4显示为本发明的四极透镜的工作原理示意图。

[0030] 元件标号说明

[0031] 11                   初始电子平面

[0032] 12、14                电子透镜

[0033] 13                   散射靶

[0034] 15                   电子探测器

[0035] 2                    初始电子平面

[0036] 31、32、33            第一～第三透镜组

[0037] 4                    散射靶

[0038] 5                    二维图像型电子探测器

[0039] 6                    磁场

[0040] e1、e2、e3、e4        第一～第四极板

具体实施方式

[0041] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0042] 具体实施方式请参阅图2～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例均可以变化，且其组件布局型态也可能更为复杂。

[0043] 本发明提供一种图像型电子自旋分析器，所述图像型电子自旋分析器至少包括：电子光学系统、散射靶4及二维图像型电子探测器5；其中，所述电子光学系统包括非轴对称透镜群和磁场6，所述非轴对称透镜群与所述磁场6相配合使初始入射电子偏转第一设定角度后在所述散射靶4平面或所述散射靶4平面后的任意一平面上成像，再使被所述散射靶4弹性散射后的出射电子偏转第二设定角度后在所述二维图像型电子探测器5平面上成像，从而使出射电子路径与入射电子路径相分离并在所述二维图像型电子探测器5上形成二维电子强度图像。

[0044] 具体地，所述电子光学系统包括磁场6和非轴对称透镜群，用于实现初始电子平面2上的电子强度分布到所述散射靶4平面上的点对点成像，再实现所述散射靶4上的电子强度分布到所述二维图像型电子探测器5平面上的点对点成像。所述电子光学系统可以根据所述图像型电子自旋分析器安装空间的要求进行设置，从而增加所述图像型电子自旋分析器各部件几何配置的自由度。

[0045] 如图2所示，在本发明的第一种实施方式中，所述非轴对称透镜群包括三个透镜组，分别为第一透镜组31、第二透镜组32及第三透镜组33，在实际应用中可根据需要设定透镜组的数量，不以本实施例为限。在本实施例，为了适于所述图像型电子自旋分析器安装空间的要求，初始电子平面2、所述散射靶4及所述二维图像型电子探测器5设置于电子自旋分析器的右部，所述第一透镜组31、所述第二透镜组32及所述第三透镜组33位于电子自旋分析器中部，所述磁场6设置于电子自旋分析器左部。所述第一透镜组31，所述磁场6与所述第二透镜组32组成的电子光学子系统实现初始电子平面2到散射靶4的点对点成像。同样所述第二透镜组32，所述磁场6与所述第三透镜组33组成的电子光学子系统实现散射靶4到所述二维图像型电子探测器5的点到点成像。

[0046] 如图3所示，在本发明的第二种实施方式中，为了适于所述图像型电子自旋分析器安装空间的要求，所述初始电子平面2、所述散射靶4及所述二维图像型电子探测器5成120°夹角相对设置，所述第一透镜组31，所述磁场6与所述第二透镜组32组成的电子光学子系统实现初始电子平面2到散射靶4的点对点成像。同样所述第二透镜组32，所述磁场6与所述第三透镜组33组成的电子光学子系统实现散射靶4到所述二维图像型电子探测器5的点到点成像。

[0047] 更具体地，所述磁场6用于分离入射电子和出射电子的运动轨道，实现电子运动方向的偏转，从而避免所述初始电子平面2、所述散射靶4及所述二维图像型电子探测器5的几何配置困难。所述初始入射电子进入所述磁场6后，在所述磁场6的作用下运动方向发生所述第一设定角度的偏转，所述第一设定角度为(0°，360°)，所述第一设定角度优选为10°、15°、20°、25°、30°、45°、60°、90°、120°、135°或180°中任意一个角度。经所述散射靶4散射的出射电子在进入所述磁场6后，在所述磁场6的作用下运动方向发生所述第二设定角度的偏转，所述第二设定角度为(0°，360°)，所述第二设定角度优选为10°、15°、20°、25°、30°、45°、
60°、90°、120°、135°或180°中任意一个角度。在实际使用中，可根据几何配置要求设置所述第一设定角度及所述第二设定角度，所述第一设定角度与所述第二设定角度可以相同，也可以不同；当所述第二设定角度与所述第一设定角度不同时，需要采用特殊的磁场几何结构实现不同的偏转角度，在此不一一赘述。

[0048] 如图2所示，在本发明的第一种实施方式中，所述第一设定角度设置为180°。所述初始入射电子从所述初始电子平面2发出后经过所述第一透镜组31沿水平向左入射至所述磁场6，在所述磁场6的作用下偏转180°沿水平方向向右运动，并经过所述第二透镜组32后成像到散射靶4上。所述第二设定角度与所述第一设定角相同，设置为180°。经所述散射靶4散射的电子从所述散射靶4平面沿水平向左经第二透镜组32入射至所述磁场6，在所述磁场6的作用下偏转180°沿水平方向向右运动，并经过所述第三透镜组33后成像于所述二维图像型电子探测器5上。

[0049] 如图3所示，在本发明的第二种实施方式中，所述第一设定角度设置为120°，所述初始入射电子从所述初始电子平面2发出后沿垂直向上方向经第一透镜组31入射至所述磁场6，在所述磁场6的作用下偏转120°后经过所述第二透镜组32成像在所述散射靶4上。所述第二设定角度与所述第一设定角相同，设置为120°。经所述散射靶4散射的出射电子从所述散射靶4平面发出后经第二透镜组32再一次入射至所述磁场6，在所述磁场6的作用下偏转120°后经过所述第三透镜组33后成像于所述二维图像型电子探测器5上。

[0050] 所述磁场6在垂直磁场方向和平行磁场方向具有不同的电子光学特性。假设电子束在所述磁场6中偏转180°，若在磁场6入口处的电子束为从入口点发出的发散束，在垂直磁场方向，由于罗伦茨力提供的向心力，电子做圆周运动，在偏转180°后，电子在磁场出口处再一次聚焦；而在平行磁场方向，电子不受力，维持发散。因此，所述磁场6在垂直磁场方向和平行磁场方向具有不同的电子光学特性，若与轴对称透镜群相配合，则会导致电子光学系统在垂直磁场方向和平行磁场方向具有不同的焦距，从而不可能在这两个方向同时成像，最终呈现在所述二维图像型电子探测器5上的像差比较大。本发明通过所述非轴对称透镜群的引入，补偿所述磁场6在垂直磁场方向和平行磁场方向上电子光学特性的不对称性，并使电子束在像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像，减小像差，实现电子自旋的多通道测量。在本实施例中，所述像平面包括所述散射靶4平面、所述散射靶4平面后的任意平面及所述二维图像型电子探测器5平面。

[0051] 更具体地，所述非轴对称透镜群包括多个透镜组，其中至少一个透镜组为非轴对称透镜组。各透镜组由若干个透镜构成，非轴对称透镜组中至少包括一个非轴对称透镜。透镜组的数量以及各透镜组中透镜的数量可根据实际需要设定。在本实施例中，所述第一透镜组31和所述第三透镜组33均为非轴对称透镜组，用于补偿所述磁场6在垂直磁场方向及平行磁场方向上电子光学特性的不对称性。本发明优选非轴对称电透镜补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，该非轴对称电透镜可以是由圆柱形透镜一分为多而构筑的电多极透镜，包括但不限于四极透镜、六极透镜及八极透镜，可以通过调整多极透镜的各个极板的电压调整非轴对称电子光学特性。在本发明的第一实施方式及第二实施方式中均采用四极透镜，四极透镜最简单的结构是如图4所示将圆柱型透镜一分为四，分别作为第一极板e1、第二极板e2、第三极板e3及第四极板e4。若所述第一极板e1及所述第二极板e2处于电位U12，所述第三极板e3及所述第四极板e4处于电位U34，则通过调整电位U12与电位U34的电位差可以调整四极透镜在x方向及y方向的焦距差。将x方向、y方向与垂直磁场方向和平行磁场方向相匹配则可实现在所述散射靶4及所述二维图像型电子探测器5上在此两方向的同时成像，从而减小像差。此外，由于机械加工与安装误差，在实际的电子光学系统中需要加装偏转器以补偿机械误差。本发明中的多极透镜在实现非轴对称电子光学特性的同时，也可以通过调整各极板的电位同时实现偏转器功能。具体地，调整所述第一极板e1与所述第二极板e2间的电压可以实现电子束在y方向的偏转；同样调整所述第三极板e3与所述第四极板e4间的电压可以实现电子束在x方向的偏转。

[0052] 具体地，所述电子光学系统的中心轴线与所述散射靶4法线的夹角可以是(-90°，90°)之间的任意角度，优选为0°、±15°、±20°、±25°、±30°、±45°或±60°中任意一个角度或任意两个角度。优选地，所述电子光学系统的中心轴线可以与所述散射靶4的法线成
45°并将电子束流成像在所述散射靶4的后部并成为由散射靶及后续透镜组成的电子光学子系统的虚像，此时，反射束流与入射束流中心轴线间的夹角为90°。

[0053] 另外，优选地，如图2及图3所示，在本发明的第一种实施方式及本发明的第二种实施方式中，所述电子光学系统的入射电子束中心轴线、散射电子束中心轴线与所述散射靶4法线的夹角均为0°，所述初始入射电子经偏转后垂直入射到所述散射靶4上，并从所述散射靶4上垂直散射。

[0054] 具体地，所述散射靶4的材料包括但不限于铁磁性材料及具有高自旋-轨道相互作用材料。其中，铁磁性材料包括但不限于铁磁性氧化铁；具有高自旋-轨道相互作用材料包括但不限于钨、铱、金、拓扑绝缘体的单晶、或钨、铱、金、拓扑绝缘体的非晶。所述铁磁性材料及所述具有高自旋-轨道相互作用材料的形式包括但不限于块材及薄膜。当所述散射靶4采用铁磁性氧化铁薄膜材料时，可以构建出VLEED型多通道电子自旋分析器。作为本发明的一种实施方式，所述散射靶4为在氧化镁基板上形成的铁磁性氧化铁薄膜。当所述散射靶4采用钨单晶薄膜、铱单晶薄膜、金单晶薄膜、拓扑绝缘体单晶薄膜等具有高自旋-轨道相互作用材料时，则可以构建spin-LEED型多通道电子自旋分析器。

[0055] 具体地，所述二维图像型电子探测器5可以是任意一种能记录电子强度分布的器件。作为本发明的一种实施方式，所述二维图像型电子探测器5由微通道板(Micro-channel Plate，MCP)、荧光板及高感度相机构成。作为本发明的另一种实施方式，所述二维图像型电子探测器5由微通道板及延迟线探测器((Delay Line Detector，DLD)构成。

[0056] 需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所述仅仅只是例示，而非对本发明的限制，事实上，任何利用非轴对称透镜群与磁场相结合，使入射电子束弯转一定角度后以最优入射角入射至散射靶并成像在相对于散射靶的特定平面处、同时能使从散射靶散射出的出射电子束弯转一定角度后以最优出射角到达并在二维图像型电子探测器上成像的设计均包含在本发明的范围内。

[0057] 如图2所示，以本发明的第一种实施方式来详述本发明的图像型电子自旋分析器的工作过程：

[0058] 如图2所示，首先，将所述散射靶4(铁磁性散射靶)沿某一方向，例如+Z方向磁化，然后，从所述初始电子平面2处出发的入射电子束经过所述非轴对称第一透镜组31后进入所述磁场6，并在所述磁场6的作用下向上弯转180°后经过所述第二透镜组32垂直入射至所述散射靶4，并二维成像于所述散射靶4平面上；随后，经所述散射靶4弹性散射的出射电子束经过所述第二透镜组32后再次进入所述磁场6，并在所述磁场6作用下再次向上弯转180°后经过所述非轴对称第三透镜组33垂直到达并再一次二维成像于所述二维图像型电子探测器5的入口平面上，所述二维图像型电子探测器5所包含的高感度相机记录荧光板上的二维电子强度图像。

[0059] 接着，再将所述散射靶4沿-Z方向磁化，再次记录荧光板上的二维电子强度图像。

[0060] 由于基于两次测量得到的二维电子强度图像中某像素点的电子强度差正比于初始电子平面2上所对应位置的入射电子沿Z方向的自旋极化度，以上过程可以测量初始电子平面2上各点处入射电子的自旋极化度。

[0061] 由上可见，通过磁场的引入使电子轨道弯转不仅可以实现入射电子轨道和出射电子轨道的分离，同时，由于初始电子平面、散射靶平面与二维图像型电子探测器平面均与光学轴垂直，且散射靶附近的入射及散射电子经过的是同一电子透镜组32，由此使得增大电子透镜的尺寸成为可能，从而可以大幅度降低整个光学系统的像差。因此从初始电子平面处各个位置点出发的入射电子束经过电子光学系统聚焦、传输及散射后，在二维图像型电子探测器平面处形成的束斑非常小，相互之间不再重叠，因此，每一束斑能与初始电子平面处的相应位置点的入射电子束对应，也就是能区分入射电子的来源位置，实现电子自旋的多通道测量。

[0062] 综上所述，本发明的图像型电子自旋分析器通过采用磁场与非轴对称透镜群相结合的电子光学系统使电子弯转，可以实现入射电子轨道与出射电子轨道的分离，并可以使入射电子以最优入射角入射至散射靶，并使出射电子以最优入射角到达二维图像型电子探测器，并分别实现自旋探测器初始平面处电子图像到与散射靶相对应的特定平面的第一次二维成像及从此平面到二维图像型电子探测器平面的第二次二维成像，从而实现电子自旋的多通道测量。由于该两次成像过程中物像平面均与电子光学系统光轴相垂直，从而可以保证实现真正的二维成像。在这里，真正的二维成像是指不考虑像差的第一次成像像平面与散射靶相对应的特定平面完全重合、以及不考虑像差的第二次成像像平面与二维图像型电子探测器平面完全重合。

[0063] 综上所述，本发明提供一种图像型电子自旋分析器，至少包括：电子光学系统、散射靶及二维图像型电子探测器；所述电子光学系统用于使初始入射电子偏转第一设定角度后在所述散射靶平面或所述散射靶平面后的任意一平面上成像，再使被所述散射靶弹性散射后的出射电子偏转第二设定角度后在所述二维图像型电子探测器平面上成像；所述电子光学系统包括磁场和非轴对称透镜群；所述磁场用于分离入射电子和出射电子的运动轨道并实现电子运动方向的偏转；所述非轴对称透镜群用于补偿磁场电子光学特性在垂直及平行磁场方向的非对称性，减小像差，并使电子束在任意一个像平面上在沿垂直磁场方向和平行磁场的两个方向上同时成像。本发明通过引进磁场实现入射电子轨道和出射电子轨道的分离，从而避免电子透镜及电子探测器的几何配置困难，并可以使透镜采用较大的尺寸从而获得较小的像差；通过非轴对称透镜的引入补偿磁场在垂直及平行磁场方向电子光学的非对称性，从而实现在两个方向的同时成像，从而实现真正的二维成像，减小像差，增加电子自旋测量的通道数。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

[0064] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。