المجهر ذو الانبعاث الميداني

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

المجهر ذو الانبعاث الميداني ( FEM ) هو تقنية تحليلية تُستخدم في علم المواد لدراسة أسطح رؤوس الإبر. [ 1 ] [ 2 ] اخترع إروين فيلهلم مولر المجهر ذو الانبعاث الميداني في عام 1936، [ 3 ] وكان من أوائل أدوات تحليل الأسطح التي يمكن أن تقترب من دقة شبه ذرية .

مقدمة

تُستخدم تقنيات المجهر لإنتاج صور مكبرة في الفضاء الحقيقي لسطح قمة طرف المسبار. وعادةً ما تتعلق معلومات المجهر بعلم البلورات السطحية (أي كيفية ترتيب الذرات على السطح) وشكل السطح (أي شكل وحجم السمات الطبوغرافية التي تشكل السطح).

تم اختراع المجهرية ذات الانبعاث الميداني (FEM) بواسطة إروين مولر في عام 1936. [ 3 ] في المجهرية ذات الانبعاث الميداني، تم استخدام ظاهرة انبعاث الإلكترون الميداني للحصول على صورة على الكاشف بناءً على الفرق في دالة العمل للمستويات البلورية المختلفة على السطح.

الإعداد ومبدأ العمل

إعداد تجريبي باستخدام طريقة العناصر المحدودة

يتكون مجهر الانبعاث الميداني من عينة معدنية على شكل طرف حاد وشاشة فلورية محصورة داخل حجرة مفرغة من الهواء بدرجة عالية. عادةً، يبلغ نصف قطر الطرف المستخدم في هذا المجهر حوالي 100  نانومتر، وهو مصنوع من معدن ذي درجة انصهار عالية ، مثل التنجستن . [ 4 ] تُوضع العينة عند جهد سالب كبير (1-10 كيلو فولت) بالنسبة للشاشة الفلورية، مما يُولّد مجالًا كهربائيًا بالقرب من قمة الطرف يتراوح بين 2 و7 مليارات فولت/متر. يُحفّز هذا المجال الكهربائي انبعاث الإلكترونات.

تتحرك الإلكترونات المنبعثة من المجال على طول خطوط المجال، مُنتجةً بقعًا ساطعة ومظلمة على الشاشة الفلورية، مُظهرةً تطابقًا تامًا مع مستويات البلورة للباعث نصف الكروي. يتغير تيار الانبعاث بشدة مع دالة الشغل المحلية ، وفقًا لمعادلة فاولر-نوردهايم . لذا، تعكس صورة المجهر الإلكتروني الماسح خريطة دالة الشغل المُسقطة لسطح الباعث. عمومًا، تتميز الأسطح الخشنة على المستوى الذري بدوال شغل أقل من الأسطح المتراصة، مما ينتج عنه مناطق ساطعة في الصورة. باختصار، تتوافق تغيرات شدة الإضاءة على الشاشة مع خريطة دالة الشغل لسطح قمة الطرف.

يتم تحديد التكبير من خلال النسبةم=ل/R{\displaystyle M=L/R}، أينR{\displaystyle R}يمثل نصف قطر قمة الطرف، ول{\displaystyle L}هي المسافة بين رأس المسبار والشاشة. يتم الحصول على تكبيرات خطية من رتبة 10⁵ .  تتميز تقنية FEM بدقة مكانية تتراوح بين 1 و2  نانومتر. [ 2 ] ومع ذلك، إذا وُضع جسيم بحجم 1  نانومتر على قمة المسبار، يمكن أن يزداد التكبير بمقدار 20 ضعفًا، وتتحسن الدقة المكانية إلى حوالي 0.3  نانومتر. [ 5 ] يمكن تحقيق ذلك باستخدام باعثات إلكترونية أحادية الجزيء، [ 6 ] ومن الممكن رصد المدارات الجزيئية في جزيئات الفوليرين المفردة باستخدام تقنية FEM. [ 7 ]

يُحدّ من تطبيق طريقة العناصر المحدودة (FEM) المواد التي يمكن تصنيعها على شكل طرف حاد وتتحمل مجالات كهروستاتيكية عالية. ولهذه الأسباب، تُعدّ المعادن المقاومة للحرارة ذات درجات الانصهار العالية (مثل التنجستن والموليبدينوم والبلاتين والإيريديوم) موادًا تقليدية لتجارب FEM. إضافةً إلى ذلك، استُخدمت طريقة FEM لدراسة عمليات الامتزاز والانتشار السطحي ، بالاستفادة من تغير دالة الشغل المرتبط بعملية الامتزاز.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "مقدمة في الانبعاث الميداني" . مختبر الانبعاث الميداني/مجهر الأيونات، جامعة بيردو، قسم الفيزياء. مؤرشف من الأصل بتاريخ 3 مايو 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 مايو 2007 .
  2. 1 2 انبعاثات المجال والتأين الميداني .
  3. 1 2 مولر، إروين دبليو (نوفمبر 1936). "Die Abhängigkeit der Feldelektronenemission von der Austrittsarbeit" . Zeitschrift für Physik (باللغة الألمانية). 102 ( 11 – 12): 734 – 761. دوى : 10.1007 / BF01338540 . ردمك 1434-6001 . 
  4. ↑ سترانكس، د. ر.؛ م. ل. هيفيرنان؛ ك. س. لي داو؛ ب. ت. ماكتيغ؛ ج. ر. أ. ويذرز (1970). الكيمياء: نظرة هيكلية . كارلتون، فيكتوريا : مطبعة جامعة ملبورن. ص 5. ISBN  0-522-83988-6.
  5. ↑ روز، دي جيه (مارس 1956). "حول تكبير ودقة المجهر الإلكتروني ذي الانبعاث الميداني". مجلة الفيزياء التطبيقية . 27 (3): 215-220 . doi : 10.1063/1.1722347 . ISSN 0021-8979 . 
  6. ^ ياناجيساوا، هيروفومي؛ بون، ماركوس. جوشين، فلوريان. سيتسونن، آري ب. كلينج ، ماتياس ف. (2022/02/17). "مجهر الانبعاث الميداني لجزيء فوليرين واحد" . التقارير العلمية . 12 (1): 2714. دوى : 10.1038 / s41598-022-06670-1 . ISSN 2045-2322 . بمك 8854663 . بميد 35177727 .   
  7. ↑ ياناغيساوا، هيروفومي؛ بون، ماركوس؛ كيتوه-نيشيوكا، هيروتاكا؛ غوشين، فلوريان؛ كلينغ، ماتياس ف. (2023-03-08). "تعديل دون النانومتري لمصدر إلكترونات أحادي الجزيء بفعل الضوء" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 130 (10) 106204. doi : 10.1103/PhysRevLett.130.106204 .