Proyector electronico

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Proyector electrónico (o microscopio autoelectrónico ) - (o microscopía de emisión de campo ) un dispositivo óptico electrónico sin lentes para obtener una imagen de una superficie sólida ampliada millones de veces. Inventado en 1936 por el físico alemán E. Müller [1] .

Su diseño contiene un cátodo en forma de alambre con un emisor puntual en el extremo, cuyo radio de curvatura es M. El ánodo está hecho en forma de esfera hueca, cuya superficie interna está cubierta con una capa de fósforo y metalización. Se bombea aire fuera del matraz (presión residual ) mm Hg. Cuando se aplica al ánodo un voltaje positivo de varios miles de voltios en relación con el cátodo de la aguja, la intensidad del campo eléctrico cerca del punto emisor alcanza V / m). Esto asegura una intensa emisión de campo. Los electrones emitidos, acelerando en direcciones radiales, bombardean la pantalla, haciendo que el fósforo brille, y crean en la pantalla una imagen de contraste ampliada de la superficie del cátodo, reflejando su estructura cristalina. El aumento del proyector de electrones es igual a la relación entre los radios de la esfera exterior y el radio del punto emisor ( ). La resolución está limitada por la presencia de componentes tangenciales de las velocidades de los autoelectrones en la punta de la punta y, en menor medida, por la difracción de electrones. $r\aproximadamente 10^{-7}-10^{-8}\$ ${\ estilo de visualización 10^{-9}-10^{-11}\ }$ ${\ estilo de visualización 10^{9}-10^{10}\ }$ ${\ estilo de visualización R \}$ ${\ estilo de visualización r \ }$ $R/r\$

"Contar" electrones

Un proyector de electrones típico es un condensador esférico con un radio exterior mucho mayor que el interior ( ). El más interesante es el caso del límite, cuando el radio interior del punto emisor coincide con el radio de Bohr (las diferencias entre los radios de los átomos individuales a partir de este valor no son significativas aquí): $r\ll R\$

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

metro,

donde es la longitud característica del electrón y es la constante de estructura fina. $l_{N}=3.862\cdot 10^{-13}\$ $\alpha _{S}=7.297\cdot 10^{-3}\$

La escala de frecuencia en la escala de Bohr es igual al valor:

\omega_{B}=2\pi \nu_{B}={\frac {\hbar}}{2m_{N}a_{B}^{2))}\

donde es la constante de Planck reducida y kg es la masa del electrón. $\hbar\$ $m_{N}=9.109\cdot 10^{-31}\$

La escala actual en la escala de Bohr (electrón único) es igual al valor:

I_{B}={\frac {e\omega_{B}}{2\pi }}={\frac {\alpha_{S}ec}{4\pi a_{B}}}= 5.271\cdot 10^{-4}\

PERO,

donde esta la carga del electron Así, la esfera interna del proyector de electrones limita el flujo de electrones. Es más, ¡lo están haciendo a destajo! La densidad de corriente en la esfera interior es: ${\ estilo de visualización y \}$

j_{B}={\frac {e\nu_{B}}{4\pi a_{B}^{2}}}=\rho_{2DB}\cdot {\frac {\hbar} {4\pi a_{B}^{2}m_{N}}}\

donde es la densidad de carga bidimensional en la esfera de Bohr. ${\ estilo de visualización \ rho _ {2DB} = e/4 \ pi a_ {B} ^ {2} \ }$

La densidad de corriente en la esfera exterior aún se desconoce:

J_{Rx}={\frac {Q_{Rx}\nu_{Rx}}{4\pi R^{2}}}=\rho_{2DR}\cdot \nu_{Rx}\

donde es la densidad de carga bidimensional en la esfera exterior. En otras palabras, aún no conocemos la carga y la frecuencia en la esfera exterior del proyector de electrones. El valor de frecuencia en la esfera exterior se puede encontrar a partir de la condición de igualdad de carga . Entonces, la relación de frecuencias será igual a: , donde se tiene en cuenta el valor típico del radio exterior m. Por lo tanto, la frecuencia de cambio de carga en la esfera exterior será igual a: ${\ estilo de visualización \ rho _ {2DR} = Q_ {R}/4 \ pi R ^ {2} \ }$ $Q_{Rx}\$ ${\ estilo de visualización \ nu _ {Rx} \ }$ $Q=e\$ $\xi_{BR}={\frac {\nu_{B}}{\nu_{Rx}}}={\frac {R^{2}}{a_{B}^{2} }}=3.571\cdot 10^{16}\$ ${\ estilo de visualización R = 0,01\}$

\omega_{Rx}={\frac {a_{B}^{2}}{R^{2}}}\omega_{B}={\frac {l_{N}\omega_{ R}^{2}}{2c}}={\frac {\omega _{R}^{2}}{2\omega _{N}}}\

donde es la frecuencia de oscilación del resonador formado por la esfera exterior, y es la frecuencia característica del electrón. Ahora podemos encontrar la carga en la esfera exterior: $\omega_{R}=c/R\$ $\omega _{N}=c/l_{N}\$

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

Dada la continuidad de la corriente a través del capacitor esférico, tenemos:

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

En otras palabras, la estimación de la frecuencia en la esfera exterior resultó ser bastante significativa y condujo al resultado correcto.

Por lo tanto, cuando se estudian proyectores de electrones con un tamaño de emisor limitador, es necesario proporcionar una gran cantidad de electrones libres en la esfera exterior (¡más de dieciséis órdenes de magnitud!) para que solo un electrón pase a través de la esfera interior (emisor).

Muy interesante es la cuestión de la corriente total que fluye a través del "diodo de vacío" del proyector electrónico. Dada la discreción del cambio de carga en un emisor puntual, la corriente eléctrica también cambiará discretamente:

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

donde _ Los valores de tensión nodal en el proyector electrónico serán iguales a: ${\ estilo de visualización n = 1,2,3,..\ }$

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

V_{B}={\frac {\alpha _{S}^{2}m_{N}c^{2}}{2e}}=13,606\cdot n\

Véase también

Notas

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

Literatura

Proyector electrónico // Enciclopedia física : [en 5 volúmenes] / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Gran Enciclopedia Rusa , 1999. - V. 5: Dispositivos estroboscópicos - Brillo. — 692 pág. — 20.000 copias. — ISBN 5-85270-101-7 .

Mueller EW El microscopio de iones de campo, Advances in Electronics and Electron Physics, volumen 13,83 (1960).
Muller E.V., T. T. Tsont. Autoion microscopy, trans. del inglés, M: Metalurgia, 1972.
Muller Є.V., Tsont TT Microscopía de iones de campo, ionización de campo y evaporación de campo, trad. del inglés, M: Nauka, 1980.
Laboratorio de microscopía de iones/emisión de campo, Universidad de Purdue, Dept. de Física. Consultado el 10 de mayo de 2007 [1]
Strans, DR; ML Heffernan, KC Lee Dow, PT McTigue, GRA Withers (1970). Química: una visión estructural. Carlton, Victoria: Prensa de la Universidad de Melbourne. páginas. 5. ISBN 0-522-83988-6 .
K. Oura, VGLifshits, A. ASaranin, AVZotov y M. Katayama, Surface Science: una introducción, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003).
John B. Hudson, Ciencias de la superficie: una introducción, (BUTTERWORTH-Heinemann 1992).

Enlaces

fotografía de un átomo
Científicos ucranianos fotografiaron un átomo por primera vez
Aquí tienes, átomo... (enlace inaccesible)