Elektronický projektor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 8. prosince 2014; kontroly vyžadují 13 úprav .

Elektronický projektor (nebo Autoelectronic microscope ) - (nebo Field emisní mikroskopie ) bezčočkový elektronově-optický přístroj pro získání obrazu pevného povrchu zvětšeného milionkrát. Vynalezen v roce 1936 německým fyzikem E. Müllerem [1] .

Její konstrukce obsahuje katodu ve formě drátu s bodovým zářičem na konci, jehož poloměr zakřivení je m. Anoda je vyrobena ve formě duté koule, jejíž vnitřní povrch je pokryt vrstvou fosforu a metalizace. Vzduch je odčerpán z baňky (zbytkový tlak ) mm Hg. Když se na anodu přivede kladné napětí několik tisíc voltů vzhledem k jehlové katodě, síla elektrického pole v blízkosti bodového emitoru dosáhne V/m). To zajišťuje intenzivní vyzařování pole. Emitované elektrony, urychlující se v radiálních směrech, bombardují stínítko, způsobí, že fosfor září, a vytvoří na stínítku zvětšený kontrastní obraz povrchu katody, odrážející jeho krystalickou strukturu. Zvětšení elektronového projektoru se rovná poměru poloměrů vnější koule k poloměru bodového zářiče ( ). Rozlišení je omezeno přítomností tangenciálních složek rychlostí autoelektronu na špičce hrotu a v menší míře elektronovou difrakcí. $r\cca 10^{-7}-10^{-8}\$ $10^{-9}-10^{-11}\$ $10^{9}-10^{10}\$ $R\$ $r\$ $R/r\$

"Počítání" elektronů

Typický elektronový projektor je kulový kondenzátor s vnějším poloměrem mnohem větším než vnitřní ( ). Nejzajímavější je hraniční případ, kdy se vnitřní poloměr bodového zářiče shoduje s Bohrovým poloměrem (rozdíly mezi poloměry jednotlivých atomů od této hodnoty zde nejsou podstatné): $r\ll R\$

r=a_{B}=l_{N}/\alpha _{S}=5,292\cdot 10^{-11}\

kde je charakteristická délka elektronu a konstanta jemné struktury. $l_{N}=3,862\cdot 10^{-13}\$ $\alpha _{S}=7,297\cdot 10^{-3}\$

Frekvenční stupnice na Bohrově stupnici se rovná hodnotě:

\omega _{B}=2\pi \nu _{B}={\frac {\hbar }{2m_{N}a_{B}^{2))}\

kde je redukovaná Planckova konstanta a kg je hmotnost elektronu. $\hbar\$ $m_{N}=9,109\cdot 10^{-31}\$

Stupnice proudu na Bohrově stupnici (jeden elektron) se rovná hodnotě:

I_{B}={\frac {e\omega _{B}}{2\pi }}={\frac {\alpha _{S}ec}{4\pi a_{B}}}= 5,271\cdot 10^{-4}\

ALE,

kde je elektronový náboj. Vnitřní koule elektronového projektoru tedy omezuje tok elektronů. A co víc, dělají to po kousku! Hustota proudu na vnitřní sféře je: $e\$

j_{B}={\frac {e\nu _{B}}{4\pi a_{B}^{2}}}=\rho _{2DB}\cdot {\frac {\hbar } {4\pi a_{B}^{2}m_{N}}}\

kde je dvourozměrná hustota náboje na Bohrově sféře. $\rho _{2DB}=e/4\pi a_{B}^{2}\$

Hustota proudu na vnější sféře je stále neznámá:

J_{Rx}={\frac {Q_{Rx}\nu _{Rx}}{4\pi R^{2}}}=\rho _{2DR}\cdot \nu _{Rx}\

kde je dvourozměrná hustota náboje na vnější kouli. Jinými slovy, zatím neznáme náboj a frekvenci na vnější sféře elektronového projektoru. Hodnotu frekvence na vnější sféře lze zjistit z podmínky rovnosti náboje . Potom bude poměr frekvencí roven: , kde se bere v úvahu typická hodnota vnějšího poloměru m. Frekvence změny náboje na vnější kouli tedy bude rovna: $\rho _{2DR}=Q_{R}/4\pi R^{2}\$ $Q_{Rx}\$ $\nu _{Rx}\$ $Q=e\$ $\xi _{BR}={\frac {\nu _{B}}{\nu _{Rx}}}={\frac {R^{2}}{a_{B}^{2} }}=3,571\cdot 10^{16}\$ $R=0,01\$

\omega _{Rx}={\frac {a_{B}^{2}}{R^{2}}}\omega _{B}={\frac {l_{N}\omega _{ R}^{2}}{2c}}={\frac {\omega _{R}^{2}}{2\omega _{N}}}\

kde je frekvence kmitání rezonátoru tvořeného vnější koulí a je charakteristická frekvence elektronu. Nyní můžeme najít náboj na vnější kouli: $\omega _{R}=c/R\$ $\omega _{N}=c/l_{N}\$

Q_{Rx}=\xi _{BR}\cdot e=e{\frac {R^{2}}{a_{B}^{2}}}\

Vzhledem ke kontinuitě proudu přes kulový kondenzátor máme:

I_{Rx}=Q_{Rx}\cdot \nu _{Rx}=e\nu _{B}=I_{B}\

Jinými slovy, odhad frekvence na vnější sféře se ukázal jako docela smysluplný a vedl ke správnému výsledku.

Při studiu elektronových projektorů s limitní velikostí emitoru je tedy nutné zajistit velké množství volných elektronů na vnější sféře (více než šestnáct řádů!), aby vnitřní sférou (emitorem) prošel pouze jeden elektron.

Docela zajímavá je otázka celkového proudu protékajícího „vakuovou diodou“ elektronického projektoru. Vzhledem k diskrétnosti změny náboje na bodovém emitoru se elektrický proud bude také měnit diskrétně:

I_{Dn}=n\cdot I_{B}\

kde . Hodnoty uzlového napětí na elektronickém projektoru se budou rovnat: $n=1,2,3,..\$

V_{Dn}=n\cdot V_{B}\

V_{B}={\frac {\alpha _{S}^{2}m_{N}c^{2}}{2e}}=13,606\cdot n\

Viz také

Poznámky

↑ Mueller, E. W. (1937). "Elektronenmikroskopische Beobachtungen von Feldkathoden". Z. Phys 106: 541. doi:10.1007/BF01339895

Literatura

Elektronický projektor // Fyzická encyklopedie : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1999. - V. 5: Stroboskopické přístroje - Jas. — 692 s. — 20 000 výtisků. — ISBN 5-85270-101-7 .

Mueller EW The field-ion microscope, Advances in Electronics and Electron Physics, svazek 13, 83 (1960).
Muller E.V., T. T. Tsont. Autoionová mikroskopie, přel. z angličtiny, M: Metalurgy, 1972.
Muller Є.V., Tsont TT Polní iontová mikroskopie, ionizace pole a pole vypařování, přel. z angličtiny, M: Nauka, 1980.
Laboratoř terénní emisní / iontové mikroskopie, Purdue University, Dept. fyziky. Získáno 2007-05-10 [1]
Stranks, D. R.; M. L. Heffernan, K. C. Lee Dow, P. T. McTigue, G. R. A. Withers (1970). Chemie: Strukturní pohled. Carlton, Victoria: Melbourne University Press. str. 5. ISBN 0-522-83988-6 .
K.Oura, VGLifshits, A.ASaranin, AVZotov a M.Katayama, Surface Science - An Introduction, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003).
John B. Hudson, Surface Science - An Introduction, (BUTTERWORTH-Heinemann 1992).

Odkazy

Fotografie atomu
Ukrajinští vědci poprvé vyfotografovali atom
Tady jsi, atom... (nepřístupný odkaz)