ホーム > 特許ランキング > 国立大学法人東北大学
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-01-08
(45)【発行日】2025-01-17
(54)【発明の名称】電子分光器
(51)【国際特許分類】
H01J 49/48 20060101AFI20250109BHJP
H01J 37/05 20060101ALI20250109BHJP
G01N 23/20008 20180101ALI20250109BHJP
【ＦＩ】
H01J49/48
H01J37/05
G01N23/20008
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021083908
(22)【出願日】2021-05-18
(65)【公開番号】P2022177560
(43)【公開日】2022-12-01
【審査請求日】2024-03-07
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 （１）ＩＱＣＥ量子化学探索講演会 講演予稿集 発行日（公開日） ２０２０年９月３０日 ＜資 料＞ ＩＱＣＥ量子化学探索講演会 講演予稿 抜粋 （２）ＩＱＣＥ量子化学探索講演会 講演会 開催日（公開日） ２０２０年１１月２日 ＜資 料＞ＩＱＣＥ量子化学探索講演会 講演会 発表資料 （３）第４回材料科学世界トップレベル研究拠点国際シンポジウム 予稿集 発行日（公開日） ２０２０年１０月１５日 ＜資 料＞第４回材料科学世界トップレベル研究拠点国際シンポジウム 予稿集 抜粋 （４）第４回材料科学世界トップレベル研究拠点国際シンポジウム ポスターセッション 開催日（公開日） ２０２０年１１月１７日 ＜資 料＞第４回材料科学世界トップレベル研究拠点シンポジウム ポスター資料
(73)【特許権者】
【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 正彦
(72)【発明者】
【氏名】中島 功雄
(72)【発明者】
【氏名】鬼塚 侑樹
【審査官】今井 彰
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２００８／１３９５０６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１４－５３１１１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５１２１６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１４９３７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１４６１８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２５８７１６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００９／０８１４４４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００９／０７５０１１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３６５３８３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／００－２３／２２７６
Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６、４０／００－４９／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料にエネルギー線を照射する励起部と、前記エネルギー線を照射された前記試料から放出された電子を周回させる周回部と、
前記周回部から取り出された前記電子を検出する検出部と、
を備え、
前記周回部は、複数の電極対を備え、
前記複数の電極対は、印加される電圧を制御することで前記電子を周回させ、
前記複数の電極対の一部が、印加される電圧を制御することで前記電子を前記周回部に取り込む、取り込み用電極対であり、
前記複数の電極対の一部が、印加される電圧を制御することで前記電子を前記周回部から取り出す、取り出し用電極対であり、
前記電子の速度および軌道の少なくとも一方を変えることで、前記電子の固まりである電子バンチの時間広がりを小さくするバンチ圧縮部を備え、
前記バンチ圧縮部が、
前記取り込み用電極対側に配置された前記電子の軌道を変える第１軌道補正部と、
前記取り出し用電極対側に配置された前記電子の軌道を変える第２軌道補正部と、
を備え、
前記第１軌道補正部と、第２軌道補正部と、で前記電子バンチの時間広がりを小さくする、電子分光器。
【請求項2】
前記第１軌道補正部および前記第２軌道補正部が静電レンズである、請求項１に記載の電子分光器。
【請求項3】
前記複数の電極対は、外側電極および内側電極を構成し、前記外側電極の内周面および前記内側電極の外周面は、球状であり、
前記外側電極の内周面と前記内側電極の外周面との間の空間が、前記電子の周回経路となる、請求項１又は２に記載の電子分光器。
【請求項4】
前記複数の電極対は、外側電極および内側電極を構成し、前記外側電極の内周面および前記内側電極の外周面は、円筒状であり、
前記外側電極の内周面と前記内側電極の外周面との間の空間が、前記電子の周回経路となる、請求項１～３のいずれか１項に記載の電子分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電子分光器に関する。
【背景技術】
【0002】
物質中の電子のエネルギー準位の情報を得る測定手法として、電子分光法がある。電子分光法は、光、電子などのエネルギー線を物質に照射し、物質から出てくる自由電子のエネルギー分布を測定することにより、物質中の電子のエネルギーの情報を取得することができる。
【0003】
電子分光法を用いた電子分光器としては、例えば、飛行時間型電子分光器がある。飛行時間型電子分光器は、たたき出された電子が検出部１２０までの時間を計測し、その計測した時間から速度を算出し、エネルギーを分析する。しかし、電子は質量が軽いので速度が速い。そのため、たたき出された電子が検出部１２０に届くまでの距離に、分解能が依存する飛行時間型電子分光器は、低速の電子（１０ｅＶ未満）にしか適用することができないという問題がある。
【0004】
別の電子分光器としては、Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｍａｐ Ｉｍａｇｉｎｇ（ＶＭＩ）型電子分光器がある。ＶＭＩ型電子分光器は、静電イオンレンズにより、イオン化領域内での生成位置にかかわらず、同じ初速度ベクトルを持つすべての電子を２次元検出器上の同じ点にマッピングすることで、電子の運動エネルギーを分析する。しかし、ＶＭＩ型電子分光器は、低速電子および中速電子（１０～３００ｅＶ）には適用可能だが、高速電子（３００ｅＶ超）には適用できないという問題がある。
【0005】
非特許文献１には、静電偏向型電子分光器が開示されている。静電偏向型電子分光器は、電場により電子の飛行軌道を変更させ、電場強度と偏向量の関係から電子のエネルギーを測定する。静電偏向型電子分光器は、低速電子～高速電子まで適用することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【文献】Ｖ． Ｐｅｒｅｚ－Ｄｉｅｓｔｅ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｐｈｙｓｉｃｓ： Ｃｏｎｆ． Ｓｅｒｉｅｓ ４２５， ０７２０２３ （２０１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
物質内での電子運動を直接的に観察するために、電子運動量分光の研究が進められている。電子運動量分光は、高速電子を励起源とするコンプトン散乱を利用する実験手法であり、分子軌道一つ一つの波動関数の形状を運動量空間で観測できる。コンプトン散乱はｋｅＶオーダーの高いエネルギーを持つ電子を検出する。非特許文献１に記載の静電偏向型電子分光器では、ｋｅＶオーダーの電子に対して十分な分解能を得ることができない（例えば、電子のエネルギーが６００ｅＶの場合、分解能は２ｅＶ）。そのため、高速の電子に対し、静電偏向型電子分光器よりも高い分解能を有する電子分光器が求められている。
【0008】
本発明は、上記の事情を鑑みなされた発明であり、低速電子から高速電子まで高い分解能で検出することができる電子分光器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の一態様に係る電子分光器は、試料にエネルギー線を照射する励起部と、前記エネルギー線を照射された前記試料から放出された電子を周回させる周回部と、前記周回部から取り出された前記電子を検出する検出部と、を備え、
前記周回部は、複数の電極対を備え、
前記複数の電極対は、印加される電圧を制御することで前記電子を周回させ、
前記複数の電極対の一部が、印加される電圧を制御することで前記電子を前記周回部に取り込む、取り込み用電極対であり、
前記複数の電極対の一部が、印加される電圧を制御することで前記電子を前記周回部から取り出す、取り出し用電極対であり、
前記電子の速度および軌道の少なくとも一方を変えることで、前記電子の固まりである電子バンチの時間広がりを小さくするバンチ圧縮部を備え、
前記バンチ圧縮部が、
前記取り込み用電極対側に配置された前記電子の軌道を変える第１軌道補正部と、
前記取り出し用電極対側に配置された前記電子の軌道を変える第２軌道補正部と、
を備え、
前記第１軌道補正部と、第２軌道補正部と、で前記電子バンチの時間広がりを小さくする。
（１）本発明の一態様に係る電子分光器は、試料にエネルギー線を照射する励起部と、前記エネルギー線を照射された前記試料から放出された電子を周回させる周回部と、前記周回部から取り出された前記電子を検出する検出部と、を備え、
前記周回部は、複数の電極対を備え、
前記複数の電極対は、印加される電圧を制御することで前記電子を周回させ、
前記複数の電極対の一部が、印加される電圧を制御することで前記電子を前記周回部に取り込む、取り込み用電極対であり、
前記複数の電極対の一部が、印加される電圧を制御することで前記電子を前記周回部から取り出す、取り出し用電極対であり、
前記電子の速度および軌道の少なくとも一方を変えることで、前記電子の固まりである電子バンチの時間広がりを小さくするバンチ圧縮部を備え、
前記バンチ圧縮部が、
前記取り込み用電極対側に配置された前記電子の軌道を変える第１軌道補正部と、
前記取り出し用電極対側に配置された前記電子の軌道を変える第２軌道補正部と、
を備え、
前記第１軌道補正部と、第２軌道補正部と、で前記電子バンチの時間広がりを小さくする。
【0014】
（２）上記（１）に記載の電子分光器は、前記第１軌道補正部および前記第２軌道補正部が静電レンズであってもよい。
【0015】
（３）上記（１）又は（２）に記載の電子分光器は、前記複数の電極対は、外側電極および内側電極を構成し、前記外側電極の内周面および前記内側電極の外周面は、球状であり、前記外側電極の内周面と前記内側電極の外周面との間の空間が、前記電子の周回経路となってもよい。
【0016】
（４）上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の電子分光器は、前記複数の電極対は、外側電極および内側電極を構成し、
前記外側電極の内周面および前記内側電極の外周面は、円筒状であり、
前記外側電極の内周面と前記内側電極の外周面との間の空間が、前記電子の周回経路となってもよい。
前記外側電極の内周面および前記内側電極の外周面は、円筒状であり、
前記外側電極の内周面と前記内側電極の外周面との間の空間が、前記電子の周回経路となってもよい。
【発明の効果】
【0017】
本発明の上記態様によれば、低速電子から高速電子まで、高い分解能で検出することができる電子分光器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施形態に係る電子分光器の概略斜視図である。
【図3】入射電子と試料から放出された電子との関係を説明するための図である。
【図4】周回部への電子の取り込みおよび取り出しを説明するための図である。
【図5】電子速度変調によるバンチ圧縮を説明するための図である。
【図6】軌道補正によるバンチ圧縮を説明するための図である。
【図7】本発明の他の実施形態に係る電子分光器の概略斜視図である。
【図9】バンチ圧縮および周回の分解能への影響を説明するための図である。
【図10】従来型電子分光器と本実施形態に係る電子分光器の性能を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図１および図２を参照し、本発明の一実施形態に係る電子分光器を説明する。以下の説明では、互いに同一又は類似の機能を有する構成に、同一の符号を付す。互いに同一又は類似の機能を有する構成については、繰り返し説明しない場合がある。また本明細書に記載される「平行」、「直交」、「同一」、及び「同等」は、「略平行」、「略直交」、「略同一」、及び「略同等」である場合をそれぞれ含む。本明細書に記載される「接続」とは、２つの部材が直接に接する場合に限定されず、２つの部材の間に別の部材が介在する場合を含む。
【0020】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る電子分光器３００の概略斜視図である。図２は、図１に記載の電子分光器３００のＡ－Ａ線に沿う断面図である。電子分光器３００は、周回部１０、バンチ圧縮部２０、第１偏向部６０、第２偏向部７０、第３偏向部８０、取り込み口９０、励起部１００、試料送出部１１０、検出部１２０と、および制御部（図示しない）と、を備える。各部は、電子の経路が真空状態を維持できるように接続されている。第１実施形態では、周回部１０、バンチ圧縮部２０、第１偏向部６０、第２偏向部７０、第３偏向部８０、取り込み口９０、励起部１００、試料送出部１１０、および検出部１２０は、容器５００の内部に収容されている。
図１は、第１実施形態に係る電子分光器３００の概略斜視図である。図２は、図１に記載の電子分光器３００のＡ－Ａ線に沿う断面図である。電子分光器３００は、周回部１０、バンチ圧縮部２０、第１偏向部６０、第２偏向部７０、第３偏向部８０、取り込み口９０、励起部１００、試料送出部１１０、検出部１２０と、および制御部（図示しない）と、を備える。各部は、電子の経路が真空状態を維持できるように接続されている。第１実施形態では、周回部１０、バンチ圧縮部２０、第１偏向部６０、第２偏向部７０、第３偏向部８０、取り込み口９０、励起部１００、試料送出部１１０、および検出部１２０は、容器５００の内部に収容されている。
【0021】
試料から放出される電子は、エネルギー線（例えば、電子線、Ｘ線）の時間幅があるので、一定の時間幅（時間広がり）を有する電子の固まり（電子バンチ）として試料から放出される。また、試料のイオン化領域は所定の大きさを有する。ここで、イオン化領域とは、電子が試料から放出される空間領域を言う。そのため、試料から放出される位置の違いによっても、電子は一定の時間幅（時間広がり）を有する電子バンチとして放出される。バンチ圧縮部２０は、試料から放出された電子の速度および軌道の少なくとも一方を変えることで、電子の固まりである電子バンチの時間広がりを小さく（圧縮）する機能を有する。バンチ圧縮部２０は、電子速度変調部３０、第１軌道補正部４０、および第２軌道補正部５０を備える。以下、各部について説明する。
【0022】
（励起部）
励起部１００は、エネルギー線を試料に照射する機能を有する。試料を励起するエネルギー線としては、特に限定されない。エネルギー線は、例えば、電子線、レーザ光などである。励起部１００は、例えば、電子銃、レーザなどである。エネルギー線を照射された試料から放出される電子としては、エネルギー線である電子線が散乱された散乱電子、試料から電離した電離電子などである。
励起部１００は、エネルギー線を試料に照射する機能を有する。試料を励起するエネルギー線としては、特に限定されない。エネルギー線は、例えば、電子線、レーザ光などである。励起部１００は、例えば、電子銃、レーザなどである。エネルギー線を照射された試料から放出される電子としては、エネルギー線である電子線が散乱された散乱電子、試料から電離した電離電子などである。
【0023】
（試料送出部）
試料送出部１１０は、エネルギー線を照射する照射領域Ｅに試料を送る。試料送出部１１０は、例えばガスノズルである。試料の状態については、エネルギー線を照射することで、試料から電子が放出されるのであれば、特に限定されない。試料については、固体、液体、気体いずれの状態のものであってもよい。またエネルギー的に不安定な状態の試料であってもよい。
試料送出部１１０は、エネルギー線を照射する照射領域Ｅに試料を送る。試料送出部１１０は、例えばガスノズルである。試料の状態については、エネルギー線を照射することで、試料から電子が放出されるのであれば、特に限定されない。試料については、固体、液体、気体いずれの状態のものであってもよい。またエネルギー的に不安定な状態の試料であってもよい。
【0024】
（取り込み口）
エネルギー線を照射された試料から放出された電子は、取り込み口９０を通り第１偏向部６０に入る。エネルギー線（ここでは、電子線）の進行方向Ｆと、試料にエネルギー線が照射された領域Ｅの中心および取り込み口９０を結ぶ方向とのなす角度Ｘ（エネルギー線が電子線の場合は散乱角）は、特に限定されないが、例えば４５度である。４５度の場合は、散乱角４５度の電子が周回部１０に入ることになる。第１実施形態の取り込み口９０は、エネルギー線の進行方向Ｆと角度Ｘをなす孔がエネルギー線の進行方向Ｆを中心軸として３６０度回転した形状となる。取り込み口９０がこのような形状となることで、異なる方位角φを有する電子を取り込むことができる。
エネルギー線を照射された試料から放出された電子は、取り込み口９０を通り第１偏向部６０に入る。エネルギー線（ここでは、電子線）の進行方向Ｆと、試料にエネルギー線が照射された領域Ｅの中心および取り込み口９０を結ぶ方向とのなす角度Ｘ（エネルギー線が電子線の場合は散乱角）は、特に限定されないが、例えば４５度である。４５度の場合は、散乱角４５度の電子が周回部１０に入ることになる。第１実施形態の取り込み口９０は、エネルギー線の進行方向Ｆと角度Ｘをなす孔がエネルギー線の進行方向Ｆを中心軸として３６０度回転した形状となる。取り込み口９０がこのような形状となることで、異なる方位角φを有する電子を取り込むことができる。
【0025】
（第１偏向部）
第１偏向部６０は、取り込み口９０を通過してきた電子の軌道を、第１軌道補正部４０に入るように偏向する。第１偏向部６０は、例えば、電極６１および６２から構成される。電極６１および６２の形状は、電子が第１軌道補正部４０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
第１偏向部６０は、取り込み口９０を通過してきた電子の軌道を、第１軌道補正部４０に入るように偏向する。第１偏向部６０は、例えば、電極６１および６２から構成される。電極６１および６２の形状は、電子が第１軌道補正部４０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
【0026】
（第１軌道補正部）
第１軌道補正部４０は、電子の軌道を変え、検出部１２０までの時間を電子エネルギー毎に収束する。第１軌道補正部４０は、取り込み用電極対側に配置される。また、第１軌道補正部４０および第２軌道補正部５０が、放出された電子バンチの等時面（同じ時間に放出された電子をつないだ面）を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに電子の等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
第１軌道補正部４０は、電子の軌道を変え、検出部１２０までの時間を電子エネルギー毎に収束する。第１軌道補正部４０は、取り込み用電極対側に配置される。また、第１軌道補正部４０および第２軌道補正部５０が、放出された電子バンチの等時面（同じ時間に放出された電子をつないだ面）を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに電子の等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
【0027】
第１軌道補正部４０は、例えば静電レンズである。第１実施形態では、第１軌道補正部４０は、電極３５、３６、４１、４２、４３、４４から構成される。第１実施形態では、電極３５、３６、４１、４２、４３、４４はリング状の電極である。電極３５は電極３６の内側に配置される。電極３５および電極３６が第１軌道補正部４０の外部電極を構成する。電極４１は、電極４２の内側に配置される。電極４１および４２が第１軌道補正部４０の中央電極を構成する。電極４３は電極４４の内側に配置される。電極４３および電極４４は、第１軌道補正部４０の外部電極を構成する。本実施形態では、第１軌道補正部４０の２つの外部電極は、例えば、グランドである。第１軌道補正部４０の中央電極には定常電圧が印加される。第１軌道補正部４０は、第１偏向部６０を通って、第１軌道補正部４０に入ってきた電子を収束する。
【0028】
（電子速度変調部）
電子速度変調部３０は、試料から放出された電子の速度を変える機能を有する。第１実施形態では、電子速度変調部３０は、周回部１０の取り込み用電極対（取り込み用電極１および５）側に、隣接配置される。電子速度変調部３０は、電子の速度を変えた後、取り込み用電極対側に、電子を送る。電子速度変調部３０は、電子バンチの前方部分（周回部１０に到達が速い側）を加速し、電子バンチの後方部分（周回部１０に到達が遅い側）を減速する。電子の速度が速い程、周回にかかる時間が長くなる。そのため、電子バンチの前方部分を加速し、後方部分を減速した後、周回部１０で電子バンチを周回させることで、電子バンチの時間広がりを小さくすることができる。
電子速度変調部３０は、試料から放出された電子の速度を変える機能を有する。第１実施形態では、電子速度変調部３０は、周回部１０の取り込み用電極対（取り込み用電極１および５）側に、隣接配置される。電子速度変調部３０は、電子の速度を変えた後、取り込み用電極対側に、電子を送る。電子速度変調部３０は、電子バンチの前方部分（周回部１０に到達が速い側）を加速し、電子バンチの後方部分（周回部１０に到達が遅い側）を減速する。電子の速度が速い程、周回にかかる時間が長くなる。そのため、電子バンチの前方部分を加速し、後方部分を減速した後、周回部１０で電子バンチを周回させることで、電子バンチの時間広がりを小さくすることができる。
【0029】
電子速度変調部３０は、例えば、静電レンズである。第１実施形態において、電子速度変調部３０は、電極３１、３２、３３、３４、３５、３６からなる静電レンズである。
第１実施形態では、電極３１、３２、３３、３４、３５、３６はリング状の電極である。電極３１は電極３２の内側に配置される。電極３１および電極３２は、電子速度変調部３０の外部電極を構成する。電極３３は、電極３４の内側に配置される。電極３３および３４は、電子速度変調部３０の中央電極を構成する。電極３５は電極３６の内側に配置される。電極３５および３６は、電子速度変調部３０の外部電極を構成する。本実施形態では、２つの外部電極は例えば、グランドであり、中央電極に正弦波状に電圧を印加することで、周回後の電子バンチを圧縮することができる。なお、静電レンズは、２つの外部電極と１つの中央電極から構成される。本実施形態では、３つの外部電極と２つの中央電極で２つの静電レンズを構成している。即ち、電子速度変調部３０と第１軌道補正部４０とは、１つの外部電極を共有している。
第１実施形態では、電極３１、３２、３３、３４、３５、３６はリング状の電極である。電極３１は電極３２の内側に配置される。電極３１および電極３２は、電子速度変調部３０の外部電極を構成する。電極３３は、電極３４の内側に配置される。電極３３および３４は、電子速度変調部３０の中央電極を構成する。電極３５は電極３６の内側に配置される。電極３５および３６は、電子速度変調部３０の外部電極を構成する。本実施形態では、２つの外部電極は例えば、グランドであり、中央電極に正弦波状に電圧を印加することで、周回後の電子バンチを圧縮することができる。なお、静電レンズは、２つの外部電極と１つの中央電極から構成される。本実施形態では、３つの外部電極と２つの中央電極で２つの静電レンズを構成している。即ち、電子速度変調部３０と第１軌道補正部４０とは、１つの外部電極を共有している。
【0030】
（周回部）
周回部１０は、電子を周回させる機能を有する。周回させる電子は、エネルギー線を照射された試料から放出された電子である。電場を印加し、電子を周回部１０中で周回させることで、電子の飛行距離を長くすることができる。その結果、電子分光器３００の分解能を向上することができる。電子の周回の回数を上げることで、電子分光器３００の分解能を高くすることができる。
周回部１０は、電子を周回させる機能を有する。周回させる電子は、エネルギー線を照射された試料から放出された電子である。電場を印加し、電子を周回部１０中で周回させることで、電子の飛行距離を長くすることができる。その結果、電子分光器３００の分解能を向上することができる。電子の周回の回数を上げることで、電子分光器３００の分解能を高くすることができる。
【0031】
周回部１０は、複数の電極対を備える。電子分光器３００の場合、取り込み用電極１および取り込み用電極５からなる取り込み用電極対、電極２および電極６からなる電極対、取り出し用電極３および取り出し用電極７からなる取り出し用電極対、電極４および８からなる電極対を備える。複数の電極対は、内側電極１１および外側電極１２を構成する。具体的には、取り込み用電極１、電極２、取り出し用電極３および電極４は、内側電極１１を構成する。取り込み用電極５、電極６、取り出し用電極７、および電極８は、外側電極１２を構成する。外側電極１２の内周面および内側電極１１の外周面は、球状である。内側電極１１の外周面と外側電極１２の内周面が球状であることで、異なる方位角φを有する電子を周回させることができる。外側電極１２の内周面と、内側電極１１の外周面との間の空間が電子の周回経路となる。内側電極１１の外周面の球および外側電極１２の内周面の球の中心Ｃの位置は同一であることが好ましい。
【0032】
周回部１０の複数の電極対の一部が、取り込み用電極対である。取り込み用電極５は、電子を取り込むための電極取り込み口１６を備える。取り込み用電極対（取り込み用電極１および取り込み用電極５）は、試料から放出された電子を周回部１０に取り込む機能を有する。取り込み用電極１および取り込み用電極５は、リング状である。リング状であることで、異なる方位角φを有する電子の周回部１０への取り込みが可能である。例えば、制御部によって、取り込み用電極対に印加される電圧を制御することで、取り込み用電極対は、周回部１０に電子を取り込む。具体的には、電子速度変調部３０を通過した電子が周回部１０に来た際に、高速パルサーなどを使い、取り込み用電極対に印加される電圧を瞬間的にオフにすることで、電子を周回部１０に取り込む。瞬間的にオフにするのに要する時間（立上り時間と立下り時間：パルスの瞬時値がピーク値の１０％から９０％に至るまでの時間間隔）は、例えば、４ｎｓ以下である。
【0033】
周回部１０の複数の電極対は、印加される電圧を制御することで、電子を周回させる。電圧の制御は、例えば、制御部によって行われる。本実施形態では、取り込み用電極１、電極２、取り出し用電極３および電極４に正の電圧を印加し、取り込み用電極５、電極６、取り出し用電極７、および電極８に負の電圧を印加することで、電子を周回させる。印加される電圧を変えることで、特定のエネルギーを有する電子を周回させることができる。即ち、印加される電圧によって、測定される電子のエネルギー範囲を調整することができる。
【0034】
周回部１０の複数の電極対の一部は、取り出し用電極対である。取り出し用電極７は、電子を取り出すための電極取り出し口１７を備える。取り出し用電極対（取り出し用電極３および取り出し用電極７）は、特定の回数周回させた電子を周回部１０から取り出す機能を有する。取り出し用電極３および取り出し用電極７は、リング状である。リング状であることで、異なる方位角φを有する電子の周回部１０からの取り出しが可能である。例えば、制御部によって、取り出し用電極対に印加される電圧を制御することで、周回部１０から電子を取り出すことができる。具体的には、特定回数周回した電子を、高速パルサーなどを使い、取り出し用電極対に印加される電圧を瞬間的にオフにすることで、電子を周回部１０から取り出す。瞬間的にオフにするのに要する時間（立上り時間と立下り時間：パルスの瞬時値がピーク値の１０％から９０％に至るまでの時間間隔）は、例えば、４ｎｓ以下である。取り出された電子は、第２軌道補正部５０に入る。
【0035】
電子が周回する軌道と中心Ｃを結ぶ距離Ｒは特に限定されないが、距離Ｒが大きいほど、電子分光器３００の分解能を上げることができる。
【0036】
（第２軌道補正部）
第１実施形態において、バンチ圧縮部２０は、電子の軌道を変える第１軌道補正部４０および電子の軌道を変える第２軌道補正部５０を備える。イオン化領域が所定の大きさを有するので、放出される電子の初期の位置などが異なり、放出時に同じ初期エネルギーを持っていた電子をつないだ面（等時面）は、検出部１２０に到達するときに、検出部１２０の表面に対して、平行とはならない。第１軌道補正部４０および第２軌道補正部５０が、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに、等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
第１実施形態において、バンチ圧縮部２０は、電子の軌道を変える第１軌道補正部４０および電子の軌道を変える第２軌道補正部５０を備える。イオン化領域が所定の大きさを有するので、放出される電子の初期の位置などが異なり、放出時に同じ初期エネルギーを持っていた電子をつないだ面（等時面）は、検出部１２０に到達するときに、検出部１２０の表面に対して、平行とはならない。第１軌道補正部４０および第２軌道補正部５０が、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに、等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
【0037】
第２軌道補正部５０は、例えば、静電レンズである。第２軌道補正部５０は、取り出し用電極対側に配置される。第１実施形態において、第２軌道補正部５０は、電極５１、５２、５３、５４、５５、５６からなる静電レンズである。第１実施形態では、電極５１、５２、５３、５４、５５、５６はリング状の電極である。電極５１は電極５２の内側に配置される。電極５１および電極５２は、第２軌道補正部５０の外部電極を構成する。電極５３は、電極５４の内側に配置される。電極５３および５４は、第２軌道補正部５０の中央電極を構成する。電極５５は電極５６の内側に配置される。電極５５および５６は、第２軌道補正部５０の外部電極を構成する。本実施形態では、２つの外部電極は例えば、グランドであり、中央電極に定常電圧が印加される。第１軌道補正部４０の中央電極と第２軌道補正部５０の中央電極に印加される電圧を調整することで、電子の軌道を補正し、検出部１２０に電子が到達するときに、電子の等時面が検出部１２０の表面と平行になるようにすることができる。
【0038】
（第２偏向部）
第２偏向部７０は、第２軌道補正部５０を通過した電子を、第３偏向部８０に入るように軌道を偏向する。第２偏向部７０は、例えば、電極７１および７２である。電極７１および７２の形状は、電子が第３偏向部８０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
第２偏向部７０は、第２軌道補正部５０を通過した電子を、第３偏向部８０に入るように軌道を偏向する。第２偏向部７０は、例えば、電極７１および７２である。電極７１および７２の形状は、電子が第３偏向部８０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
【0039】
（第３偏向部）
第３偏向部８０は、第２偏向部７０を通過した電子を、検出部１２０に入るように軌道を偏向する。第３偏向部８０は、例えば、電極８１および８２である。電極８１および８２の形状は、電子が検出部１２０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
第３偏向部８０は、第２偏向部７０を通過した電子を、検出部１２０に入るように軌道を偏向する。第３偏向部８０は、例えば、電極８１および８２である。電極８１および８２の形状は、電子が検出部１２０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
【0040】
（検出部）
検出部１２０は、周回部１０から取り出された電子（第３偏向部８０で偏向された電子）を検出する。検出部１２０としては、例えば、一次元検出器を用いてもよいし、二次元検出器を用いてもよい。二次元検出器が特に好ましい。第１実施形態では、異なる方位角φを有する電子を二次元検出器で検出することで、シングルチャンネル検出よりも５０万倍高い信号強度が得られ、かつ電子の空間的な角度分布の情報も同時に得ることができる。
検出部１２０は、周回部１０から取り出された電子（第３偏向部８０で偏向された電子）を検出する。検出部１２０としては、例えば、一次元検出器を用いてもよいし、二次元検出器を用いてもよい。二次元検出器が特に好ましい。第１実施形態では、異なる方位角φを有する電子を二次元検出器で検出することで、シングルチャンネル検出よりも５０万倍高い信号強度が得られ、かつ電子の空間的な角度分布の情報も同時に得ることができる。
【0041】
放出された電子が検出部１２０に到達するまでの経路、すなわち電子分光器３００の内部は真空となっている。内部の圧力は１×１０－４Ｐａ以下であることが好ましい。内部の圧力は低いほど好ましい。電子分光器３００の内部を真空にする方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、チタンサブリメーションポンプなどを用いて真空にすることができる。
【0042】
電子分光器３００の電子の経路となる各部の材質は、非磁性材料が好ましい。非磁性材料としては、ＡＩＳＩ ３１０ステンレスや２０１７アルミニウムが挙げられる。電子の経路となる部材の表面は、コロイダルグラファイトで被覆されていてもよい。
【0043】
＜電子分光法＞
電子分光器３００を用いた電子分光法について、説明する。図３に示すように、エネルギー線（ここでは、入射電子）を照射された試料からは、異なる方位角φを有する電離電子と散乱電子とが放出される（励起工程）。なお、図３の例は、同じ散乱角θを有する２つの電子の例である。放出された電子は、電子バンチとして、取り込み口９０を通り、第１偏向部６０によって、偏向されて、第１軌道補正部４０に入る。次に、第１軌道補正部４０によって、電子の軌道が変えられる（第１軌道補正工程）。第１軌道補正工程後、電子速度変調部３０によって、図５のように電子バンチの前方部分の電子が加速され、電子バンチの後方部分の電子が減速される（速度変調工程）。速度変調後の電子は、周回部１０に取り込まれ（取り込み工程）、一定回数周回運動をする（周回工程）。周回後、電子は取り出される（取り出し工程）。取り出された後の電子は、第２軌道補正部５０で軌道が補正される（第２軌道補正工程）。その後、電子は、第２偏向部７０及び第３偏向部８０で偏向され、検出部１２０で検出される（検出工程）。
電子分光器３００を用いた電子分光法について、説明する。図３に示すように、エネルギー線（ここでは、入射電子）を照射された試料からは、異なる方位角φを有する電離電子と散乱電子とが放出される（励起工程）。なお、図３の例は、同じ散乱角θを有する２つの電子の例である。放出された電子は、電子バンチとして、取り込み口９０を通り、第１偏向部６０によって、偏向されて、第１軌道補正部４０に入る。次に、第１軌道補正部４０によって、電子の軌道が変えられる（第１軌道補正工程）。第１軌道補正工程後、電子速度変調部３０によって、図５のように電子バンチの前方部分の電子が加速され、電子バンチの後方部分の電子が減速される（速度変調工程）。速度変調後の電子は、周回部１０に取り込まれ（取り込み工程）、一定回数周回運動をする（周回工程）。周回後、電子は取り出される（取り出し工程）。取り出された後の電子は、第２軌道補正部５０で軌道が補正される（第２軌道補正工程）。その後、電子は、第２偏向部７０及び第３偏向部８０で偏向され、検出部１２０で検出される（検出工程）。
【0044】
（取り込み工程、周回工程、取り出し工程）
周回部への電子の取り込み、周回、取り出し工程と周回工程と分解能との関係を説明する。電子の周回部１０への取り込みおよび取り出しは、取り込み用電極１および５と取り出し用電極３および７の電圧をパルス電圧でコントロールすることで行う。取り込み工程では、図４のように、パルス電圧で取り込み用電極１および５をオフにすることで、電子を取り込む。取り込まれた電子は、各電極対に印加された電圧に基づいて、特定のエネルギーを有する電子が周回される。印加される電圧に応じて、周回させる電子を調整することができる。特定回数周回した後は、図４のように、パルス電圧で、取り出し用電極３および７をオフにすることで電子を取り出す。パルス電圧をオフにするのに要する立上り、立下り時間は特に限定されないが、例えば４ｎｓ以下が好ましい。エネルギーＥｐａｓｓを有する電子の周回運動における周期Ｔ（Ｅｐａｓｓ）を下記（１）式に示し、エネルギーＥｐａｓｓにδＥだけエネルギーが増加した電子の周回運動における周期Ｔ（Ｅｐａｓｓ＋δＥ）を下記（２）式に示す。ここで、πは円周率、Ｒ０は電子の周回軌道の半径、ｍは電子の質量、Ｅｐａｓｓは、基準エネルギー、δＥはエネルギーの増分を示す。下記（１）および（２）式より、電子の有するエネルギーによって周期が異なることが分かる。下記（３）式にδＥの差がある場合に、Ｎ回周回したときの周期の差を示す。下記（３）式に示すように、Ｎ回周回することで周期の差はＮ倍となる。即ち、Ｎ回周回させることで、分解能をＮ倍向上させることができる。
周回部への電子の取り込み、周回、取り出し工程と周回工程と分解能との関係を説明する。電子の周回部１０への取り込みおよび取り出しは、取り込み用電極１および５と取り出し用電極３および７の電圧をパルス電圧でコントロールすることで行う。取り込み工程では、図４のように、パルス電圧で取り込み用電極１および５をオフにすることで、電子を取り込む。取り込まれた電子は、各電極対に印加された電圧に基づいて、特定のエネルギーを有する電子が周回される。印加される電圧に応じて、周回させる電子を調整することができる。特定回数周回した後は、図４のように、パルス電圧で、取り出し用電極３および７をオフにすることで電子を取り出す。パルス電圧をオフにするのに要する立上り、立下り時間は特に限定されないが、例えば４ｎｓ以下が好ましい。エネルギーＥｐａｓｓを有する電子の周回運動における周期Ｔ（Ｅｐａｓｓ）を下記（１）式に示し、エネルギーＥｐａｓｓにδＥだけエネルギーが増加した電子の周回運動における周期Ｔ（Ｅｐａｓｓ＋δＥ）を下記（２）式に示す。ここで、πは円周率、Ｒ０は電子の周回軌道の半径、ｍは電子の質量、Ｅｐａｓｓは、基準エネルギー、δＥはエネルギーの増分を示す。下記（１）および（２）式より、電子の有するエネルギーによって周期が異なることが分かる。下記（３）式にδＥの差がある場合に、Ｎ回周回したときの周期の差を示す。下記（３）式に示すように、Ｎ回周回することで周期の差はＮ倍となる。即ち、Ｎ回周回させることで、分解能をＮ倍向上させることができる。
【0045】
【数1】
【0046】
【数2】
【0047】
【数3】
【0048】
（電子速度変調による電子バンチ圧縮）
図５に示すように、電子速度変調工程では、電子バンチの前方部分を加速し、後方部分を減速させる。上記（２）式から示されるように、速度の速い（エネルギーの高い）電子ほど、周期が長い。よって、電子バンチの前方部分を加速して、電子バンチの後方部分の電子を減速して、周回させることで、電子バンチの広がりを図５のように小さくすることができる。
図５に示すように、電子速度変調工程では、電子バンチの前方部分を加速し、後方部分を減速させる。上記（２）式から示されるように、速度の速い（エネルギーの高い）電子ほど、周期が長い。よって、電子バンチの前方部分を加速して、電子バンチの後方部分の電子を減速して、周回させることで、電子バンチの広がりを図５のように小さくすることができる。
【0049】
（軌道補正による電子バンチ圧縮）
図６は、電子分光器３００の各部における、同じ時間に放出された電子の各位置を示す。図６の上の図の黒丸が電子の位置を示す。第１軌道補正工程と第２軌道補正工程では、図６に示すように、第１軌道補正部４０の中央電極と、第２軌道補正部５０の中央電極と、に所定の電圧を印加することで、電子の等時面を反転させるように電子の軌道を変えて、検出部１２０に到達する際に、電子の等時面が検出部１２０の表面と平行になるようにする。第１軌道補正部４０の中央電極および第２軌道補正部５０の中央電極に印加される電圧は、例えば、シミュレーションをすることで、決定することができる。
図６は、電子分光器３００の各部における、同じ時間に放出された電子の各位置を示す。図６の上の図の黒丸が電子の位置を示す。第１軌道補正工程と第２軌道補正工程では、図６に示すように、第１軌道補正部４０の中央電極と、第２軌道補正部５０の中央電極と、に所定の電圧を印加することで、電子の等時面を反転させるように電子の軌道を変えて、検出部１２０に到達する際に、電子の等時面が検出部１２０の表面と平行になるようにする。第１軌道補正部４０の中央電極および第２軌道補正部５０の中央電極に印加される電圧は、例えば、シミュレーションをすることで、決定することができる。
【0050】
以上、第１実施形態について説明した。第１実施形態では、試料送出部を用いていたが、試料ホルダーに試料を設置して、エネルギー線を試料に照射してもよい。電子分光器３００は、バンチ圧縮部２０を備えていなくてもよい。
【0051】
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態に係る電子分光器３００Ａの概略斜視図である。図８は、図７に記載の電子分光器３００ＡのB－B線に沿う断面図である。電子分光器３００Ａは、周回部１０Ａ、バンチ圧縮部２０Ａ、第１偏向部６０Ａ、第２偏向部７０Ａ、第３偏向部８０Ａ、取り込み口９０Ａおよび９０Ｂ、励起部１００、試料送出部１１０、検出部１２０と、および制御部（図示しない）と、を備える。バンチ圧縮部２０Ａは、電子速度変調部３０Ａおよび３０Ｂ、第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂ、および第２軌道補正部５０Ａおよび５０Ｂを備える。各部は、電子の経路が真空状態を維持できるように接続されている。以下、各部について説明する。第２実施形態では、周回部１０Ａ、バンチ圧縮部２０Ａ、第１偏向部６０Ａ、第２偏向部７０Ａおよび７０Ｂ、第３偏向部８０Ａ、取り込み口９０Ａおよび９０Ｂ、励起部１００、試料送出部１１０、および検出部１２０は、容器５００Ａの内部に収容されている。
図７は、第２実施形態に係る電子分光器３００Ａの概略斜視図である。図８は、図７に記載の電子分光器３００ＡのB－B線に沿う断面図である。電子分光器３００Ａは、周回部１０Ａ、バンチ圧縮部２０Ａ、第１偏向部６０Ａ、第２偏向部７０Ａ、第３偏向部８０Ａ、取り込み口９０Ａおよび９０Ｂ、励起部１００、試料送出部１１０、検出部１２０と、および制御部（図示しない）と、を備える。バンチ圧縮部２０Ａは、電子速度変調部３０Ａおよび３０Ｂ、第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂ、および第２軌道補正部５０Ａおよび５０Ｂを備える。各部は、電子の経路が真空状態を維持できるように接続されている。以下、各部について説明する。第２実施形態では、周回部１０Ａ、バンチ圧縮部２０Ａ、第１偏向部６０Ａ、第２偏向部７０Ａおよび７０Ｂ、第３偏向部８０Ａ、取り込み口９０Ａおよび９０Ｂ、励起部１００、試料送出部１１０、および検出部１２０は、容器５００Ａの内部に収容されている。
【0052】
（取り込み口）
エネルギー線を照射された試料から放出された電子は、取り込み口９０Ａおよび９０Ｂを通り第１偏向部６０Ａに入る。エネルギー線（ここでは、電子線）の進行方向Ｆと、試料にエネルギー線が照射された領域Ｅの中心および取り込み口９０Ａを結ぶ方向とのなす角度Ｘ（エネルギー線が電子線の場合は散乱角）は、特に限定されないが、例えば４５度である。取り込み口９０Ｂの場合も取り込み口９０Ａと同様に、角度は特に限定されず、例えば４５度である。４５度の場合は、散乱角４５度の電子が周回部１０Ａに入ることになる。取り込み口９０Ａおよび９０Ｂは、進行方向Ｆと角度Ｘをなす方向に空けられた孔である。
エネルギー線を照射された試料から放出された電子は、取り込み口９０Ａおよび９０Ｂを通り第１偏向部６０Ａに入る。エネルギー線（ここでは、電子線）の進行方向Ｆと、試料にエネルギー線が照射された領域Ｅの中心および取り込み口９０Ａを結ぶ方向とのなす角度Ｘ（エネルギー線が電子線の場合は散乱角）は、特に限定されないが、例えば４５度である。取り込み口９０Ｂの場合も取り込み口９０Ａと同様に、角度は特に限定されず、例えば４５度である。４５度の場合は、散乱角４５度の電子が周回部１０Ａに入ることになる。取り込み口９０Ａおよび９０Ｂは、進行方向Ｆと角度Ｘをなす方向に空けられた孔である。
【0053】
（第１偏向部）
第１偏向部６０Ａは、取り込み口９０Ａを通過してきた電子の軌道を、第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂに入るように偏向する。第１偏向部６０Ａは、例えば、電極６１Ａ、６２Ａおよび６２Ｂから構成される。電場は例えば、電極６１Ａと電極６２Ａとの間、電極６１Ａと電極６２Ｂとの間に印加される。電極６１Ａ、６２Ａ、６２Ｂの形状は、電子が第１軌道補正部４０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
第１偏向部６０Ａは、取り込み口９０Ａを通過してきた電子の軌道を、第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂに入るように偏向する。第１偏向部６０Ａは、例えば、電極６１Ａ、６２Ａおよび６２Ｂから構成される。電場は例えば、電極６１Ａと電極６２Ａとの間、電極６１Ａと電極６２Ｂとの間に印加される。電極６１Ａ、６２Ａ、６２Ｂの形状は、電子が第１軌道補正部４０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
【0054】
（第１軌道補正部）
第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂは、電子の軌道を変え、検出部１２０までの時間を電子エネルギー毎に収束する。第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂは、取り込み用電極対側に配置される。また、第１軌道補正部４０Ａおよび第２軌道補正部５０Ａが、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。同様に、第１軌道補正部４０Ｂおよび第２軌道補正部５０Ｂが、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂは、電子の軌道を変え、検出部１２０までの時間を電子エネルギー毎に収束する。第１軌道補正部４０Ａおよび４０Ｂは、取り込み用電極対側に配置される。また、第１軌道補正部４０Ａおよび第２軌道補正部５０Ａが、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。同様に、第１軌道補正部４０Ｂおよび第２軌道補正部５０Ｂが、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
【0055】
第１軌道補正部４０Ａは、例えば静電レンズである。第２実施形態では、第１軌道補正部４０Ａは、電極３５Ａ、４１Ａ、４３Ａから構成される。同様に第１軌道補正部４０Ｂは、電極３５Ｂ、４１Ｂ、４３Ｂから構成される。第２実施形態では、電極３５Ａ、３５Ｂ、４１Ａ、４１Ｂ、４３Ａ、４３Ｂはリング状の電極である。電極３５Ａおよび電極４３Ａが第１軌道補正部４０Ａの外部電極を構成する。電極４１Ａが第１軌道補正部４０Ａの中央電極を構成する。電極３５Ａ、４１Ａ、４３Ａで一つの静電レンズを構成する。同様に、電極３５Ｂ、４１Ｂ、４３Ｂで一つの静電レンズを構成する。第２実施形態では、第１軌道補正部４０Ａの２つの外部電極（電極３５Ａ、４３Ａ）は、例えば、グランドである。第１軌道補正部４０Ａの１つの中央電極（４１Ａ）には定常電圧が印加される。第１軌道補正部４０Ａは、第１偏向部６０Ａを通って、第１軌道補正部４０Ａに入ってきた電子を収束する。第１軌道補正部４０Ｂは、第１偏向部６０Ａを通って、第１軌道補正部４０Ｂに入ってきた電子を収束する。
【0056】
（電子速度変調部）
電子速度変調部３０Ａおよび３０Ｂは、試料から放出された電子の速度を変える機能を有する。第２実施形態では、電子速度変調部３０Ａは、周回部１０Ａの取り込み用電極対（取り込み用電極１Ａおよび５Ａ）側に、隣接配置される。電子速度変調部３０Ｂは、周回部１０Ａの取り込み用電極対（取り込み用電極１Ｂおよび５Ｂ）側に、隣接配置される。電子速度変調部３０Ａは、電子の速度を変えた後、取り込み用電極１Ａおよび５Ａ側に、電子を送る。電子速度変調部３０Ｂは、電子の速度を変えた後、取り込み用電極１Ｂおよび５Ｂ側に、電子を送る。電子速度変調部３０Ａおよび電子速度変調部３０Ｂは、電子バンチの前方部分（周回部１０Ａに到達が速い側）を加速し、電子バンチの後方部分（周回部１０Ａに到達が遅い側）を減速する。電子の速度が速い程、周回にかかる時間が長くなる。そのため、電子バンチの前方部分を加速し、後方部分を減速した後、周回部１０Ａで電子バンチを周回させることで、電子バンチの時間広がりを小さくすることができる。
電子速度変調部３０Ａおよび３０Ｂは、試料から放出された電子の速度を変える機能を有する。第２実施形態では、電子速度変調部３０Ａは、周回部１０Ａの取り込み用電極対（取り込み用電極１Ａおよび５Ａ）側に、隣接配置される。電子速度変調部３０Ｂは、周回部１０Ａの取り込み用電極対（取り込み用電極１Ｂおよび５Ｂ）側に、隣接配置される。電子速度変調部３０Ａは、電子の速度を変えた後、取り込み用電極１Ａおよび５Ａ側に、電子を送る。電子速度変調部３０Ｂは、電子の速度を変えた後、取り込み用電極１Ｂおよび５Ｂ側に、電子を送る。電子速度変調部３０Ａおよび電子速度変調部３０Ｂは、電子バンチの前方部分（周回部１０Ａに到達が速い側）を加速し、電子バンチの後方部分（周回部１０Ａに到達が遅い側）を減速する。電子の速度が速い程、周回にかかる時間が長くなる。そのため、電子バンチの前方部分を加速し、後方部分を減速した後、周回部１０Ａで電子バンチを周回させることで、電子バンチの時間広がりを小さくすることができる。
【0057】
電子速度変調部３０Ａおよび３０Ｂは、例えば、静電レンズである。第２実施形態において、電子速度変調部３０Ａは、電極３１Ａ、３３Ａ、３５Ａからなる静電レンズである。電子速度変調部３０Ｂは、電極３１Ｂ、３３Ｂ、３５Ｂからなる静電レンズである。第２実施形態では、３１Ａ、３１Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ、３５Ａ、３５Ｂはリング状の電極である。電極３１Ａおよび電極３５Ａが電子速度変調部３０Ａの外部電極を構成する。電極３３Ａが電子速度変調部３０Ａの中央電極を構成する。第２実施形態では、電子速度変調部３０Ａの２つの外部電極（電極３１Ａ、３５Ａ）は例えば、グランドである。１つの中央電極（電極）３３Ａに正弦波状に電圧を印加することで、周回後の電子バンチを圧縮することができる。電子速度変調部３０Ｂも電子速度変調部３０Ａと同様に、中央電極３３Ｂに正弦波状に電圧を印加することで、周回後の電子バンチを圧縮する。なお、電子速度変調部３０Ａと第１軌道補正部４０Ａとは、電極３５Ａを共有している。同様に、電子速度変調部３０Ｂと第１軌道補正部４０Ｂとは、電極３５Ｂを共有している。
【0058】
（周回部）
周回部１０Ａは、電子を周回させる機能を有する。周回させる電子は、エネルギー線を照射された試料から放出された電子である。電場を印加し、電子を周回部１０Ａ中で周回させることで、電子の飛行距離を長くすることができる。その結果、電子分光器３００Ａの分解能を向上することができる。電子の周回の回数を上げることで、電子分光器３００Ａの分解能を高くすることができる。
周回部１０Ａは、電子を周回させる機能を有する。周回させる電子は、エネルギー線を照射された試料から放出された電子である。電場を印加し、電子を周回部１０Ａ中で周回させることで、電子の飛行距離を長くすることができる。その結果、電子分光器３００Ａの分解能を向上することができる。電子の周回の回数を上げることで、電子分光器３００Ａの分解能を高くすることができる。
【0059】
周回部１０Ａは、複数の電極対を備える。電子分光器３００Ａの場合、取り込み用電極１Ａおよび取り込み用電極５Ａからなる取り込み用電極対、取り込み用電極１Ｂおよび取り込み用電極５Ｂからなる取り込み用電極対、電極２Ａおよび電極６Ａからなる電極対、取り出し用電極３Ａおよび取り出し用電極７Ａからなる取り出し用電極対、取り出し用電極３Ｂおよび取り出し用電極７Ｂからなる取り出し用電極対、電極４Ａおよび８Ａからなる電極対を備える。複数の電極対は、内側電極１１Ａおよび外側電極１２Ａを構成する。具体的には、取り込み用電極１Ａ、取り込み用電極１Ｂ、電極２Ａ、取り出し用電極３Ａ、取り出し用電極３Ｂおよび電極４Ａは、内側電極１１Ａを構成する。取り込み用電極５Ａ、取り込み用電極５Ｂ、電極６Ａ、取り出し用電極７Ａ、取り出し用電極７Ｂ、および電極８Ａは、外側電極１２Ａを構成する。外側電極１２Ａの内周面および内側電極１１Ａの外周面は、円筒状である。内側電極１１Ａの外周面と外側電極１２Ａの内周面が円筒状であることで、電子を周回させることができる。外側電極１２Ａの内周面と、内側電極１１Ａの外周面との間の空間が電子の周回経路となる。内側電極１１Ａの外周面の円筒および外側電極１２の内周面の円筒の中心軸Ｃ１は同一であることが好ましい。なお、周回経路の電場が他に影響されないように、内側電極１１Ａおよび外側電極１２Ａは、底面部材１５Ａおよび１５Ｂと接続されている。
【0060】
周回部１０Ａの複数の電極対の一部が、取り込み用電極対である。第２実施形態の場合は、取り込み用電極対は、２つある。取り込み用電極１Ａおよび取り込み用電極５Ａからなる取り込み用電極対と、取り込み用電極１Ｂおよび取り込み用電極５Ｂからなる取り込み用電極対とは、試料から放出された電子を周回部１０Ａに取り込む機能を有する。取り込み用電極５Ａおよび５Ｂは、電子を取り込むための電極取り込み口１６Ａおよび１６Ｂを備える。例えば、制御部によって、それぞれの取り込み用電極対に印加される電圧を制御することで、それぞれの取り込み用電極対は、周回部１０Ａに電子を取り込む。具体的には、電子速度変調部３０Ａを通過した電子が周回部１０Ａに来た際に、高速パルサーなどを使い、それぞれの取り込み用電極対に印加される電圧を瞬間的にオフにすることで、電子を周回部１０Ａに取り込む。瞬間的にオフにするのに要する時間（立上り時間と立下り時間：パルスの瞬時値がピーク値の１０％から９０％に至るまでの時間間隔）は、例えば、４ｎｓ以下である。
【0061】
周回部１０Ａの複数の電極対は、印加される電圧を制御することで、電子を周回させる。電圧の制御は、例えば、制御部によって行われる。本実施形態では、取り込み用電極１Ａ、取り込み用電極１Ｂ、電極２Ａ、取り出し用電極３Ａ、取り出し用電極３Ｂおよび電極４Ａに正の電圧を印加し、取り込み用電極５Ａ、取り込み用電極５Ｂ、電極６Ａ、取り出し用電極７Ａ、取り出し用電極７Ｂおよび電極８Ａに負の電圧を印加することで、電子を周回させる。印加される電圧を変えることで、特定のエネルギーを有する電子を周回させることができる。即ち、印加される電圧によって、測定される電子のエネルギー範囲を調整することができる。
【0062】
周回部１０Ａの複数の電極対の一部は、取り出し用電極対である。第２実施形態では、取り出し用電極対は２つある。取り出し用電極３Ａおよび取り出し用電極７Ａからなる取り出し用電極対と、取り出し用電極３Ｂおよび取り出し用電極７Ｂからなる取り出し用電極対とは、特定の回数周回させた電子を周回部１０Ａから取り出す機能を有する。取り出し用電極７Ａおよび７Ｂは、電子を取り出すための電極取り出し口１７Ａおよび１７Ｂを備える。例えば、制御部によって、それぞれの取り出し用電極対に印加される電圧を制御することで、周回部１０Ａから電子を取り出すことができる。具体的には、特定回数周回した電子を、高速パルサーなどを使い、それぞれの取り出し用電極対に印加される電圧を瞬間的にオフにすることで、電子を周回部１０Ａから取り出す。瞬間的にオフにするのに要する時間（立上り時間と立下り時間：パルスの瞬時値がピーク値の１０％から９０％に至るまでの時間間隔）は、例えば、４ｎｓ以下である。取り出し用電極３Ａおよび７Ａ側からから取り出された電子は、第２軌道補正部５０Ａに入る。取り出し用電極３Ｂおよび７Ｂ側から取り出された電子は第２軌道補正部５０Ｂに入る。
【0063】
電子が周回する軌道と中心軸Ｃ１を結ぶ距離Ｒ１は特に限定されないが、距離Ｒ１が大きいほど、電子分光器３００Ａの分解能を上げることができる。
【0064】
（第２軌道補正部）
第２実施形態において、バンチ圧縮部２０Ａは、電子の軌道を変える第１軌道補正部４０Ａ、４０Ｂおよび電子の軌道を変える第２軌道補正部５０Ａ、５０Ｂを備える。イオン化領域が所定の大きさを有するので、放出される電子の初期の位置などが異なり、放出時に同じ初期エネルギーを持っていた電子をつないだ面（等時面）は、検出部１２０に到達するときに、検出部１２０の表面に対して、平行とはならない。第１軌道補正部４０Ａおよび第２軌道補正部５０Ａが、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに、電子の等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。第１軌道補正部４０Ｂと第２軌道補正部５０Ｂも同様に、電子の等時面が検出部１２０の表面に平行にすることができる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
第２実施形態において、バンチ圧縮部２０Ａは、電子の軌道を変える第１軌道補正部４０Ａ、４０Ｂおよび電子の軌道を変える第２軌道補正部５０Ａ、５０Ｂを備える。イオン化領域が所定の大きさを有するので、放出される電子の初期の位置などが異なり、放出時に同じ初期エネルギーを持っていた電子をつないだ面（等時面）は、検出部１２０に到達するときに、検出部１２０の表面に対して、平行とはならない。第１軌道補正部４０Ａおよび第２軌道補正部５０Ａが、放出された電子バンチの等時面を反転させることで、電子が検出部１２０に到達するときに、電子の等時面が検出部１２０の表面に平行になるようにすることできる。第１軌道補正部４０Ｂと第２軌道補正部５０Ｂも同様に、電子の等時面が検出部１２０の表面に平行にすることができる。これによって、電子バンチの時間広がりを小さくできる。
【0065】
第２軌道補正部５０Ａおよび５０Ｂは、例えば、静電レンズである。第２軌道補正部５０Ａおよび５０Ｂは、取り出し用電極対側に配置される。第２実施形態において、第２軌道補正部５０Ａは、電極５１Ａ、５３Ａ、５５Ａからなる静電レンズである。第２軌道補正部５０Ｂは、電極５１Ｂ、５３Ｂ、５５Ｂからなる静電レンズである。第２実施形態では、電極５１Ａ、５１Ｂ、５３Ａ、５３Ｂ、５５Ａ、５５Ｂはリング状の電極である。電極５１Ａおよび電極５５Ａが第２軌道補正部５０Ａの外部電極を構成する。電極５３Ａが第２軌道補正部５０Ａの中央電極を構成する。第２実施形態では、第２軌道補正部５０Ａの２つの外部電極（電極５１Ａ、５５Ａ）は例えば、グランドである。第２軌道補正部５０Ａの中央電極（５３Ａ）には定常電圧が印加される。第１軌道補正部４０Ａの中央電極と第２軌道補正部５０Ａのそれぞれの中央電極に印加される電圧を調整することで、電子の軌道を補正し、検出部１２０に電子が到達するときに、電子の等時面が検出部１２０の表面と平行になるようにすることができる。第２軌道補正部５０Ｂも第２軌道補正部５０Ａと同様である。第２軌道補正部５０Ａで補正された電子は、第２偏向部７０Ａに入る。第２軌道補正部５０Ｂで補正された電子は、第２偏向部７０Ｂに入る。
【0066】
（第２偏向部）
第２偏向部７０Ａは、第２軌道補正部５０Ａを通過した電子を、第３偏向部８０Ａに入るように軌道を偏向する。第２偏向部７０Ａは、例えば、電極７１Ａおよび７２Ａである。同様に、第２偏向部７０Ｂは、第２軌道補正部５０Ｂを通過した電子を、第３偏向部８０Ａに入るように軌道を偏向する。第２偏向部７０Ｂは、例えば、電極７１Ｂおよび７２Ｂである。電圧は例えば、電極７１Ａと電極７２Ａとの間、電極７１Ｂと電極７２Ｂとの間に印加される。電極７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂの形状は、電子が第３偏向部８０Ａに入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
第２偏向部７０Ａは、第２軌道補正部５０Ａを通過した電子を、第３偏向部８０Ａに入るように軌道を偏向する。第２偏向部７０Ａは、例えば、電極７１Ａおよび７２Ａである。同様に、第２偏向部７０Ｂは、第２軌道補正部５０Ｂを通過した電子を、第３偏向部８０Ａに入るように軌道を偏向する。第２偏向部７０Ｂは、例えば、電極７１Ｂおよび７２Ｂである。電圧は例えば、電極７１Ａと電極７２Ａとの間、電極７１Ｂと電極７２Ｂとの間に印加される。電極７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａ、７２Ｂの形状は、電子が第３偏向部８０Ａに入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
【0067】
（第３偏向部）
第３偏向部８０Ａは、第２偏向部７０Ａおよび７０Ｂを通過した電子を、検出部１２０に入るように軌道を偏向する。第３偏向部８０Ａは、例えば、電極８１Ａ、８２Ａおよび８２Ｂである。電圧は例えば、電極８１Ａと電極８２Ａとの間、電極８１Ａと電極８２Ｂとの間に印加される。電極８１Ａ、８２Ａおよび８２Ｂの形状は、電子が検出部１２０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
第３偏向部８０Ａは、第２偏向部７０Ａおよび７０Ｂを通過した電子を、検出部１２０に入るように軌道を偏向する。第３偏向部８０Ａは、例えば、電極８１Ａ、８２Ａおよび８２Ｂである。電圧は例えば、電極８１Ａと電極８２Ａとの間、電極８１Ａと電極８２Ｂとの間に印加される。電極８１Ａ、８２Ａおよび８２Ｂの形状は、電子が検出部１２０に入るように電子の軌道を偏向できれば特に限定されない。
【0068】
放出された電子が検出部１２０に到達するまでの経路、すなわち電子分光器３００の内部は真空となっている。内部の圧力は１×１０－４Ｐａ以下であることが好ましい。内部の圧力は低いほどが好ましい。電子分光器３００の内部を真空にする方法は、公知の方法を用いることができ、例えば、拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、チタンサブリメーションポンプなどを用いて真空にすることができる。
【0069】
電子分光器３００Ａの電子の経路となる各部の材質は、非磁性材料が好ましい。非磁性材料としては、ＡＩＳＩ ３１０ステンレスや２０１７アルミニウムが挙げられる。電子の経路となる部材の表面は、コロイダルグラファイトで被覆されていてもよい。
【0070】
＜電子分光法＞
第２実施形態に係る電子分光器３００を用いた電子分光法は、測定可能な電子が、ある範囲の方位角φの電子に制限されることを除き、第１実施形態と同様である。
第２実施形態に係る電子分光器３００を用いた電子分光法は、測定可能な電子が、ある範囲の方位角φの電子に制限されることを除き、第１実施形態と同様である。
【0071】
以上、第２実施形態について説明した。第２実施形態では、バンチ圧縮部２０Ａは、電子速度変調部３０、第１軌道補正部４０、第２軌道補正部５０を２つずつ備えていたが、１つずつでもよい。
【0072】
本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【実施例】
【0073】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【0074】
（バンチ圧縮および電子の周回回数の影響）
図９に電子バンチ圧縮および電子の周回回数と電子の分布との関係を図１および２の構成の電子分光器に基づいてシミュレーションした結果を示す。これは、エネルギー線である電子線のパルス幅が５ｎｓの条件下で生じ得る、５９５ｅＶから６０５ｅＶの電子バンチ（１ｅＶ刻み）が、立上り時間と立下り時間が４ｎｓのパルス電圧で周回部に取り込まれた後の周回部内での運動の様子を示している。左図がバンチ圧縮を行った場合、右図は行わない場合である。図９に示すように、電子バンチ圧縮により、各エネルギーの電子をエネルギー毎に分解できることが分かった。また、周回運動の回数が増えるほど、異なるエネルギーの電子をよりよく分けられるようになることが分かった。
図９に電子バンチ圧縮および電子の周回回数と電子の分布との関係を図１および２の構成の電子分光器に基づいてシミュレーションした結果を示す。これは、エネルギー線である電子線のパルス幅が５ｎｓの条件下で生じ得る、５９５ｅＶから６０５ｅＶの電子バンチ（１ｅＶ刻み）が、立上り時間と立下り時間が４ｎｓのパルス電圧で周回部に取り込まれた後の周回部内での運動の様子を示している。左図がバンチ圧縮を行った場合、右図は行わない場合である。図９に示すように、電子バンチ圧縮により、各エネルギーの電子をエネルギー毎に分解できることが分かった。また、周回運動の回数が増えるほど、異なるエネルギーの電子をよりよく分けられるようになることが分かった。
【0075】
（従来の電子分光器との比較）
図１０に従来の電子分光器（周回部およびバンチ圧縮部が無い電子分光器）での結果と本実施形態に係る電子分光器（図１および図２に記載の第１実施形態の電子分光器）の電子エネルギーと検出電子数のシミュレーション結果の例を示す。これは、検出器時間分解能１００ｐｓ、電子線のパルス幅5ｎｓ、周回部１０での周回数１５の条件下で行ったものである。図１０の横軸は電子のエネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸は検出される電子の数を示す。図１０に示されたように、本実施形態に係る電子分光器は、各エネルギーを分解できた。６００ｅＶの分解能を比較すると従来は１．７８ｅＶであったが、第１実施形態の分解能は０．０６６８ｅＶと従来と比較して２７倍の分解能を示した。
図１０に従来の電子分光器（周回部およびバンチ圧縮部が無い電子分光器）での結果と本実施形態に係る電子分光器（図１および図２に記載の第１実施形態の電子分光器）の電子エネルギーと検出電子数のシミュレーション結果の例を示す。これは、検出器時間分解能１００ｐｓ、電子線のパルス幅5ｎｓ、周回部１０での周回数１５の条件下で行ったものである。図１０の横軸は電子のエネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸は検出される電子の数を示す。図１０に示されたように、本実施形態に係る電子分光器は、各エネルギーを分解できた。６００ｅＶの分解能を比較すると従来は１．７８ｅＶであったが、第１実施形態の分解能は０．０６６８ｅＶと従来と比較して２７倍の分解能を示した。
【0076】
以上に示したように、本開示の電子分光器は、高速電子に対して高い分解能を有するので、電子運動量分光器として用いることができる。また、高い分解能を有することから、波動関数の形を運動量空間で観察することができる。従来のエネルギーの全空間にわたる積分値で極小になることを頼りに決定された状態関数は、分子間の相互作用を決める遠方での系の記述に対して十分ではなかった。そのため、従来の方法で計算された状態関数では、分子認識機構モデルなどの探索を十分に行うことができなかった。本開示の電子分光器を用いることで、より正確な状態関数を得ることが可能となる。したがって、本開示の電子分光器は、精密な状態関数を必要とする新たな分子認識機構モデルの探索に有用である。
【符号の説明】
【0077】
１、５ 取り込み用電極、３、７ 取り出し用電極、２、４、６、８ 電極、１０ 周回部、２０ バンチ圧縮部、３０ 電子速度変調部、４０ 第１軌道補正部、５０ 第２軌道補正部、３００ 電子分光器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】