Elektronisk projektor

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 8 december 2014; kontroller kräver 13 redigeringar .

Elektronisk projektor (eller autoelektroniskt mikroskop ) - (eller fältemissionsmikroskopi ) en linslös elektronoptisk enhet för att erhålla en bild av en solid yta förstorad miljontals gånger. Uppfanns 1936 av den tyske fysikern E. Müller [1] .

Dess design innehåller en katod i form av en tråd med en punktsändare i änden, vars krökningsradie är m. Anoden är gjord i form av en ihålig sfär, vars inre yta är täckt med ett lager av fosfor och metallisering. Luft pumpas ut ur kolven (resttryck ) mm Hg. När en positiv spänning på flera tusen volt appliceras på anoden i förhållande till nålkatoden, når den elektriska fältstyrkan nära punktsändaren $r\approx 10^{-7}-10^{-8}\$ $10^{-9}-10^{-11}\$ $10^{9}-10^{10}\$ V/m). Detta säkerställer intensiva fältemissioner. De emitterade elektronerna, accelererar i radiella riktningar, bombarderar skärmen, vilket får fosforn att glöda och skapar på skärmen en förstorad kontrastbild av katodytan, som reflekterar dess kristallina struktur. Elektronprojektorns förstoring är lika med förhållandet mellan den yttre sfärens radier och punktsändarens radie ( ). Upplösningen begränsas av närvaron av tangentiella komponenter i autoelektronhastigheterna vid spetsens spets och, i mindre utsträckning, av elektrondiffraktion. $R\$ $r\$ $R/r\$

"Räknar" elektroner

En typisk elektronprojektor är en sfärisk kondensator med en yttre radie som är mycket större än den inre ( ). Det mest intressanta är gränsfallet, när punktsändarens inre radie sammanfaller med Bohr-radien (skillnaderna mellan radierna för enskilda atomer från detta värde är inte signifikanta här): $r\ll R\$

r=a_{B}=l_{N}/\alpha _{S}=5.292\cdot 10^{-11}\

där är den karakteristiska elektronlängden och är finstrukturens konstant. $l_{N}=3.862\cdot 10^{-13}\$ $\alpha _{S}=7.297\cdot 10^{-3}\$

Frekvensskalan på Bohrskalan är lika med värdet:

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

där är den reducerade Planck-konstanten och kg är elektronmassan. $\hbar\$ $m_{N}=9.109\cdot 10^{-31}\$

Strömskalan på Bohr-skalan (enkel elektron) är lika med värdet:

I_{B}={\frac {e\omega _{B}}{2\pi }}={\frac {\alpha _{S}ec}{4\pi a_{B}}}= 5.271\cdot 10^{-4}\

MEN,

var är elektronladdningen. Således begränsar elektronprojektorns inre sfär flödet av elektroner. Vad mer, de gör det i bitar! Strömtätheten på den inre sfären är: $e\$

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

var är den tvådimensionella laddningstätheten på Bohr-sfären. $\rho _{2DB}=e/4\pi a_{B}^{2}\$

Strömtätheten på den yttre sfären är fortfarande okänd:

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

var är den tvådimensionella laddningstätheten på den yttre sfären. Med andra ord, vi vet ännu inte laddningen och frekvensen på elektronprojektorns yttre sfär. Frekvensvärdet på den yttre sfären kan hittas från laddningslikhetsvillkoret . Då blir förhållandet mellan frekvenser lika med: , där man tar hänsyn till det typiska värdet för den yttre radien m. Således blir frekvensen för laddningsändringen på den yttre sfären lika med: $\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}}}\

var är oscillationsfrekvensen för resonatorn som bildas av den yttre sfären, och är den karakteristiska frekvensen för elektronen. Nu kan vi hitta laddningen på den yttre sfären: $\omega _{R}=c/R\$ $\omega _{N}=c/l_{N}\$

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

Med tanke på kontinuiteten av strömmen genom den sfäriska kondensatorn har vi:

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

Med andra ord, uppskattningen av frekvensen på den yttre sfären visade sig vara ganska meningsfull och ledde till det korrekta resultatet.

Sålunda, när man studerar elektronprojektorer med en begränsande emitterstorlek, är det nödvändigt att tillhandahålla ett stort antal fria elektroner på den yttre sfären (mer än sexton storleksordningar!) så att endast en elektron passerar genom den inre sfären (emitter).

Ganska intressant är frågan om den totala strömmen som flyter genom den elektroniska projektorns "vakuumdiod". Med tanke på diskretiteten i förändringen i laddningen på en punktsändare kommer den elektriska strömmen också att ändras diskret:

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

var . Nodalspänningsvärdena på den elektroniska projektorn kommer att vara lika med: $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\

PÅ.

Se även

Anteckningar

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

Litteratur

Elektronisk projektor // Fysisk uppslagsverk : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskopiska enheter - Ljusstyrka. — 692 sid. — 20 000 exemplar. — ISBN 5-85270-101-7 .

Mueller EW Fältjonmikroskopet, Advances in Electronics and Electron Physics, vol 13,83 (1960).
Muller E.V., T.T. Tsont. Autoion-mikroskopi, trans. från engelska, M: Metallurgy, 1972.
Muller Є.V., Tsont TT Fältjonmikroskopi, fältjonisering och fältavdunstning, trans. från engelska, M: Nauka, 1980.
Field Emission / Jon Microscopy Laboratory, Purdue University, Dept. av fysik. Hämtad 2007-05-10 [1]
Stranks, D.R.; M.L. Heffernan, K.C. Lee Dow, P.T. McTigue, G.R.A. Withers (1970). Kemi: En strukturell syn. Carlton, Victoria: Melbourne University Press. pp. 5. ISBN 0-522-83988-6 .
K.Oura, VGLifshits, A.ASaranin, AVZotov och M.Katayama, Surface Science - An Introduction, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003).
John B. Hudson, Surface Science - An Introduction, (BUTTERWORTH-Heinemann 1992).

Länkar

Fotografi av en atom
Ukrainska forskare fotograferade en atom för första gången
Här är du, atom ... (otillgänglig länk)