Автоэмиссионная микроскопия

Автоэмиссионная микроскопия ( МКЭ ) — аналитический метод, который используется в материаловедении для изучения поверхностей вершин игл. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} FEM был изобретен Эрвином Вильгельмом Мюллером в 1936 году. ^{[ 3 ]} и это был один из первых инструментов для анализа поверхности, который мог приблизиться к почти атомному разрешению .

Введение

Методы микроскопии используются для создания увеличенных изображений поверхности вершины наконечника в реальном пространстве. Обычно информация микроскопии относится к кристаллографии поверхности (т. е. к тому, как расположены атомы на поверхности) и морфологии поверхности (т. е. к форме и размеру топографических особенностей, составляющих поверхность).

Автоэмиссионная микроскопия (FEM) была изобретена Эрвином Мюллером в 1936 году. ^{[ 3 ]} В FEM явление полевой электронной эмиссии использовалось для получения изображения на детекторе на основе разницы в работе выхода различных кристаллографических плоскостей на поверхности.

Настройка и принцип работы

Автоэмиссионный микроскоп состоит из металлического образца в форме острого наконечника и флуоресцентного экрана, заключенных в камеру сверхвысокого вакуума. Обычно радиус кончика, используемого в этом микроскопе, составляет порядка 100 нм, и он изготовлен из металла с высокой температурой плавления , например вольфрама . ^{[ 4 ]} Образец удерживается под большим отрицательным потенциалом (1–10 кВ) относительно флуоресцентного экрана, который создает электрическое поле вблизи вершины острия величиной 2–7 х 10 ⁹ В/м. Это электрическое поле вызывает автоэмиссию электронов.

Электроны, эмитированные автомобилем, перемещаются вдоль силовых линий и создают яркие и темные пятна на флуоресцентном экране, демонстрируя взаимно однозначное соответствие кристаллическим плоскостям полусферического эмиттера. Ток эмиссии сильно зависит от локальной работы выхода в соответствии с уравнением Фаулера-Нордхейма . Таким образом, изображение FEM отражает спроецированную карту работы выхода поверхности эмиттера. Как правило, атомарно-шероховатые поверхности имеют более низкие рабочие функции, чем плотно прилегающие поверхности, что приводит к появлению ярких областей на изображении. Короче говоря, изменения интенсивности экрана соответствуют карте работы выхода поверхности вершины иглы.

Увеличение определяется соотношением $M=L/R$ , где $R$ - радиус вершины вершины, а $L$ — расстояние зонд-экран. Линейные увеличения порядка 10. ⁵ достигаются. Метод FEM имеет пространственное разрешение около 1–2 нм. ^{[ 2 ]} Тем не менее, если частицу размером 1 нм поместить на вершину острия, увеличение может увеличиться в 20 раз, а пространственное разрешение увеличится примерно до 0,3 нм. ^{[ 5 ]} Этой ситуации можно достичь, используя одномолекулярные эмиттеры электронов. ^{[ 6 ]} и с помощью FEM можно наблюдать молекулярные орбитали в одиночных молекулах фуллеренов. ^{[ 7 ]}

Применение МКЭ ограничено материалами, которые могут быть изготовлены в форме острого кончика и выдерживать сильные электростатические поля. По этим причинам тугоплавкие металлы с высокими температурами плавления (например, W, Mo, Pt, Ir) являются традиционными объектами для экспериментов методом МКЭ. Кроме того, МКЭ также использовался для изучения процессов адсорбции и поверхностной диффузии с использованием изменения работы выхода, связанного с процессом адсорбции.

См. также

Ссылки

^ «Введение в автоэмиссию» . Лаборатория полевой эмиссии/ионной микроскопии, Университет Пердью, факультет физики. Архивировано из оригинала 3 мая 2007 г. Проверено 10 мая 2007 г.
^ Jump up to: ^а ^б Полевая эмиссия и полевая ионизация .
^ Jump up to: ^а ^б Мюллер, Эрвин В. (ноябрь 1936 г.). «Зависимость автоэлектронной эмиссии от работы выхода» . Журнал физики (на немецком языке). 102 (11–12): 734–761. дои : 10.1007/BF01338540 . ISSN 1434-6001 .
^ Стрэнкс, ДР; М.Л. Хеффернан; К.С. Ли Доу; П.Т. Мактиг; ГРА Уизерс (1970). Химия: структурный взгляд . Карлтон, Виктория : Издательство Мельбурнского университета. п. 5. ISBN 0-522-83988-6 .
^ Роуз, ди-джей (март 1956 г.). «Об увеличении и разрешении автоэмиссионного электронного микроскопа» . Журнал прикладной физики . 27 (3): 215–220. дои : 10.1063/1.1722347 . ISSN 0021-8979 .
^ Янагисава, Хирофуми; Бон, Маркус; Гощин, Флориан; Сейтсонен, Ари П.; Клинг, Матиас Ф. (17 февраля 2022 г.). «Автоэмиссионный микроскоп для одиночной молекулы фуллерена» . Научные отчеты . 12 (1): 2714. doi : 10.1038/s41598-022-06670-1 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 8854663 . ПМИД 35177727 .
^ Янагисава, Хирофуми; Бон, Маркус; Кито-Нисиока, Хиротака; Гощин, Флориан; Клинг, Матиас Ф. (08 марта 2023 г.). «Светоиндуцированная субнанометрическая модуляция одномолекулярного источника электронов» . Письма о физических отзывах . 130 (10): 106204. doi : 10.1103/PhysRevLett.130.106204 .

[1] «Введение в автоэмиссию» . Лаборатория полевой эмиссии/ионной микроскопии, Университет Пердью, факультет физики. Архивировано из оригинала 3 мая 2007 г. Проверено 10 мая 2007 г.

[:1-2] Jump up to: ^а ^б Полевая эмиссия и полевая ионизация .

[:0-3] Jump up to: ^а ^б Мюллер, Эрвин В. (ноябрь 1936 г.). «Зависимость автоэлектронной эмиссии от работы выхода» . Журнал физики (на немецком языке). 102 (11–12): 734–761. дои : 10.1007/BF01338540 . ISSN 1434-6001 .

[StranksEtAl1970-4] Стрэнкс, ДР; М.Л. Хеффернан; К.С. Ли Доу; П.Т. Мактиг; ГРА Уизерс (1970). Химия: структурный взгляд . Карлтон, Виктория : Издательство Мельбурнского университета. п. 5. ISBN 0-522-83988-6 .

[5] Роуз, ди-джей (март 1956 г.). «Об увеличении и разрешении автоэмиссионного электронного микроскопа» . Журнал прикладной физики . 27 (3): 215–220. дои : 10.1063/1.1722347 . ISSN 0021-8979 .

[6] Янагисава, Хирофуми; Бон, Маркус; Гощин, Флориан; Сейтсонен, Ари П.; Клинг, Матиас Ф. (17 февраля 2022 г.). «Автоэмиссионный микроскоп для одиночной молекулы фуллерена» . Научные отчеты . 12 (1): 2714. doi : 10.1038/s41598-022-06670-1 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 8854663 . ПМИД 35177727 .

[7] Янагисава, Хирофуми; Бон, Маркус; Кито-Нисиока, Хиротака; Гощин, Флориан; Клинг, Матиас Ф. (08 марта 2023 г.). «Светоиндуцированная субнанометрическая модуляция одномолекулярного источника электронов» . Письма о физических отзывах . 130 (10): 106204. doi : 10.1103/PhysRevLett.130.106204 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]