АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Автоэмиссионное изображение вольфрамового катода в автоэмиссионном микроскопе

На рисунке 4 показано автоэмиссионное изображение закругленного вы­сокотемпературным прогревом вольфрамового монокристаллического катода. Оно представляет ряд симметрично расположенных темных и светлых облас­тей. Это говорит о том, что работа выхода электронов из катода (острия) раз­лична на разных участках его поверхности. Установлено (с помощью фотогра­фий острий в электронном микроскопе), что закругленное вольфрамовое острие имеет гладкую сферическую поверхность с неровностями порядка постоянной кристаллической решетки. Следовательно, основной причиной неравномерно­сти эмиссии с монокристаллического острия является различная работа выхода в разных кристаллографических направлениях, а не изменение напряженности поля (см. формулу 42).

По современным представлениям на границе металл-вакуум создается двойной электрический слоя. Возникновение двойного электрического слоя приписывается следующему механизму: согласно современной теории твердого поля; вокруг ядра атома в каждой ячейке металла образуется электронное обла­ко. Внутри металла центр тяжести электронного облака совпадает с ядром атома. Если ячейка расположена на границе, то электронное облако выступает на­ружу на величину разности радиусов атома в газообразном состоянии и в кри­сталлической решетке. Центр тяжести электронного облака сместится относи­тельно ядра, и каждая элементарная ячейка на поверхности будет обладать дипольным моментом . У поверхности металла образуется двойной электриче­ские слой с моментом , где – число атомов на единицу поверхности. Скачок потенциала при переходе через двойной слой будет равен (в системе СГСЭ), а работа, которую совершает вылетевший из металла электрон при прохождении двойного слоя

(3.1)

где – заряд электрона в (СГСЭ);

– работа выхода в эВ.

Рисунок 4 – Автоэмиссионное изображение вольфрамового острия

Рисунок 5 – Стереографическая проекция кубического объемно-центрированного кристалла

Так как момент элементарной ячейки и поверхностная плотность ато­мов зависят от структуры грани на поверхности, то и работа выхода электронов зависит от того, какая грань кристалла выходит на поверхность металла, т.е. от кристаллографического направления. Количественные расчеты моментов двойных слоев различных плоскостей очень сложны и не приведи до сих пор к удовлетворительным результатам. Однако, вычисления, сделанные для моно­кристалла вольфрама, качественно дают правильную картину. Найдено, что кристаллографические грани с большой плотностью поверхностных атомов имеют большую работу выхода, что и подтверждает опыт. Зная структуру ре­шетки металла катода, можно, используя соответствующую орфографическую проекцию, рисунок 5, определить какое кристаллографическое направление со­ответствует данной темной или светлой области на изображении.

Пример. Рассмотрим монокристалл вольфрама, изображение которого Приведено на рисунке 4. Элементарная ячейка решетки вольфрама является объемно-центрированным кубом (рисунок 6). Положение всякой грани кристал­ла относительно выбранной системы координат задается теми отрезками , которые эта грань отсекает на осях. Такие отрезки называются параметрами грани. Каждую грань с параметрами принято характеризовать индексами Миллера , где ; ; – целые числа; – расстояния между атомами в решетке по осям соответственно. Так грань, которая отсекает по осям отрезки , , изобразится индексами

(3.2)

Рисунок 6 – Элементарная ячейка объемно-центрированной кубической решетки

Если какой-то параметр отрицательный, то под соответствующим индексом ставится сверху черта. Например, если отрицателен, то индексы будут выглядеть так – .

Монокристалл (или элементарная ячейка его решетки) имеет оси симметрии различных порядков. При повороте кристалла вокруг от симметрии на некоторый угол все его точки в новом положении совпадают с точками в прежнем положении. Порядком оси называется число совмещений при полном повороте кристалла на 360°. Если при повороте на 360° кристалл совмещается три раза, то ось называется осью третьего порядка. Направление оси обозначается индек­сами грани, перпендикулярной к ней. Для монокристалла вольфрама (рисунки 4 и 5) направления [100], [010] и [001] являются осями четвертого порядка, а на­правления [110], [101] и [011] – осями второго порядка, направление [111] – осью третьего порядка и т.д.

Для того чтобы установить, какому кристаллографическому направле­нию соответствуют темные пятна изображения (идентифицировать автоэмис­сионной изображение), поступают следующим образом. Прежде всего, обраща­ют внимание на симметрию картины и на величину отдельных пятен. Замеча­ют, нельзя ли повернуть картину вокруг какого-нибудь темного пятна так, что­бы при полном обороте на 360° она совпала " " раз с картиной в первоначаль­ном положении. Тогда данное пятно будет относиться к оси симметрии " " - го порядка. Зная тип кристаллической решетки металла острия, находят направле­ние в кристалле с симметрией " " - го порядка и отмечают его индексы . Например, темное пятно в центре автоэмиссионного изображения вольфрамо­вого острия (рисунок 4) соответствует оси второго порядка (при полном оборо­те вокруг этого направления картины совместятся два раза). Такая ось в эле­ментарной ячейке вольфрама имеет направление типа [011].

После того, как изучено, какому направлению отвечает одно из пя­тен на изображении, можно найти, к каким направлениям относятся остальные пятна. Для этого измеряют расстояние " " на изображении между пятном и другими пятнами, и, зная радиус колбы , получают и между направле­нием и направлениями других пятен.

Поскольку электроны, вылетающие с острия (часть острия, с которой вы­летают электроны, принимается за сферическую), следуют вдоль линий напряженности радиально от острия к экрану, то изображение увеличивается в

(3.3)

раз, где – радиус колбы микроскопа; – радиус остри.

(3.4)

(3.5)

При вычислении угла следует учесть отклонение электронов от ради­ального движения

(3.6)

где фактор сжатия 1.5.

Взяв угол между направлениями и другими направлениями, можно узнать индексы направлений, соответствующих пятнам на изображении по таблице 1.

Рисунок 7 – Увеличение автоэмиссионного микроскопа

Таблица 1

Если радиусы колбы брать 2 ÷ 5см, а радиус острия = 1000 Å = 1·10^-5 см, . Однако качество микроскопа определяется не сте­пенью увеличения, а его разрешающей способностью, которая у автоэмиссионного микроскопа составляет 10 ÷ 30 Å. На разрешение автоэмиссионного микроскопа влияют:

а) тангенциальная компонента скорости вылетающих из катода электронов;

б) дифракция электронов.

Напомним, что в оптическом микроскопе достигнуто предельное разрешение 2000 Å. Разрешение в автоэмиссионном микроскопе составляет 20 ÷ 30 Å.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 701 | Нарушение авторских прав