Elektronisk projektor

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 8. december 2014; checks kræver 13 redigeringer .

Elektronisk projektor (eller autoelektronisk mikroskop ) - (eller feltemissionsmikroskopi ) en linseløs elektron-optisk enhed til at opnå et billede af en fast overflade forstørret millioner af gange. Opfundet i 1936 af den tyske fysiker E. Müller [1] .

Dens design indeholder en katode i form af en ledning med en punktemitter i enden, hvis krumningsradius er m. Anoden er lavet i form af en hul kugle, hvis indre overflade er dækket af et lag af fosfor og metallisering. Luft pumpes ud af kolben (resttryk ) mm Hg. Når en positiv spænding på flere tusinde volt påføres anoden i forhold til nålekatoden, når den elektriske feltstyrke nær punktemitteren $r\approx 10^{-7}-10^{-8}\$ $10^{-9}-10^{-11}\$ $10^{9}-10^{10}\$ V/m). Dette sikrer intens feltemission. De udsendte elektroner, der accelererer i radiale retninger, bombarderer skærmen, hvilket får fosforen til at gløde og skaber på skærmen et forstørret kontrastbillede af katodeoverfladen, der afspejler dens krystallinske struktur. Forstørrelsen af elektronprojektoren er lig med forholdet mellem radierne af den ydre kugle og radius af punktemitteren ( ). Opløsningen er begrænset af tilstedeværelsen af tangentielle komponenter af autoelektronhastighederne ved spidsen af spidsen og i mindre grad af elektrondiffraktion. $R\$ $r\$ $R/r\$

"Tæller" elektroner

En typisk elektronprojektor er en sfærisk kondensator med en ydre radius meget større end den indre ( ). Det mest interessante er grænsetilfældet, når punktemitterens indre radius falder sammen med Bohr-radius (forskellene mellem radierne af individuelle atomer fra denne værdi er ikke signifikante her): $r\ll R\$

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

hvor er den karakteristiske elektronlængde og er finstrukturens konstant. $l_{N}=3.862\cdot 10^{-13}\$ $\alpha _{S}=7.297\cdot 10^{-3}\$

Frekvensskalaen på Bohr-skalaen er lig med værdien:

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

hvor er den reducerede Planck-konstant, og kg er elektronmassen. $\hbar\$ $m_{N}=9.109\cdot 10^{-31}\$

Strømskalaen på Bohr-skalaen (enkelt elektron) er lig med værdien:

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

MEN,

hvor er elektronladningen. Således begrænser den indre sfære af elektronprojektoren strømmen af elektroner. Hvad mere er, de gør det stykkevis! Strømtætheden på den indre sfære er: $e\$

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

hvor er den todimensionelle ladningstæthed på Bohr-sfæren. $\rho _{2DB}=e/4\pi a_{B}^{2}\$

Den nuværende tæthed på den ydre sfære er stadig ukendt:

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

hvor er den todimensionelle ladningstæthed på den ydre sfære. Med andre ord kender vi endnu ikke ladningen og frekvensen på elektronprojektorens ydre sfære. Frekvensværdien på den ydre kugle kan findes fra ladningslighedsbetingelsen . Så vil forholdet mellem frekvenser være lig med: , hvor der tages højde for den typiske værdi af den ydre radius m. Således vil frekvensen af ladningsændringen på den ydre sfære være lig 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}}}\

hvor er oscillationsfrekvensen for resonatoren dannet af den ydre kugle, og er elektronens karakteristiske frekvens. Nu kan vi finde ladningen på den ydre sfære: $\omega _{R}=c/R\$ $\omega _{N}=c/l_{N}\$

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

I betragtning af kontinuiteten af strømmen gennem den sfæriske kondensator har vi:

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

Med andre ord viste estimatet af frekvensen på den ydre sfære sig at være ret meningsfuldt og førte til det korrekte resultat.

Når man studerer elektronprojektorer med en begrænsende emitterstørrelse, er det således nødvendigt at tilvejebringe et stort antal frie elektroner på den ydre sfære (mere end seksten størrelsesordener!), således at kun én elektron passerer gennem den indre sfære (emitter).

Ganske interessant er spørgsmålet om den samlede strøm, der løber gennem "vakuumdioden" på den elektroniske projektor. I betragtning af diskretiteten af ændringen i ladningen på en punktemitter, vil den elektriske strøm også ændre sig diskret:

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

hvor . Nodalspændingsværdierne på den elektroniske projektor vil være lig 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 også

Noter

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

Litteratur

Elektronisk projektor // Fysisk encyklopædi : [i 5 bind] / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskopiske apparater - Lysstyrke. — 692 s. — 20.000 eksemplarer. — ISBN 5-85270-101-7 .

Mueller EW The field-ion microscope, Advances in Electronics and Electron Physics, bind 13,83 (1960).
Muller E.V., T.T. Tsont. Autoion-mikroskopi, trans. fra engelsk, M: Metallurgy, 1972.
Muller Є.V., Tsont TT Feltionmikroskopi, feltionisering og feltfordampning, trans. fra engelsk, M: Nauka, 1980.
Field Emission / Ion Microscopy Laboratory, Purdue University, Dept. af fysik. Hentet 2007-05-10 [1]
Stranks, D.R.; M.L. Heffernan, K.C. Lee Dow, P.T. McTigue, G.R.A. Withers (1970). Kemi: Et strukturelt synspunkt. Carlton, Victoria: Melbourne University Press. pp. 5. ISBN 0-522-83988-6 .
K.Oura, VGLifshits, A.ASaranin, AVZotov og M.Katayama, Surface Science - An Introduction, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003).
John B. Hudson, Surface Science - An Introduction, (BUTTERWORTH-Heinemann 1992).

Elektronisk projektor

"Tæller" elektroner

Se også

Noter

Litteratur

Links