セラドマイト電子源の調製とその明るさの推定

電子放出に用いられる金属/絶縁体構造は、その低いマクロ的^{フィールド1}のためにほぼ20年間研究されてきた。関与する電界は、鋭い金属^{先端5、6、7}を有する古典的な電界放出に必要なV/nmとは対照的に、いくつかのV/μm^2、3、4の順序のみである。これはおそらく、電子源技術に非常に有用である開始プラズマ放電を説明します。数年前、電子透過炭素^層8に天然絶縁体のフィルムを堆積させることで、この低電界放出を探求しました。ブラジルのアメティスタ・ディ・スル鉱山のパラナトラップの玄武岩に含まれる絶縁体鉱物「セラドライト」が選ばれました。

セラドニットが粉砕されている場合、結晶形状は、マイクロメトリック寸法と100nm未満の厚さを有する長方形のスラブです(通常:1,000 nm x 500 nm x 50 nm)。走査型電子顕微鏡では完全に平坦で認識可能です(図1)。フィルムは、炭素層上のセラドマイト含有水滴の堆積によって形成される。印加電圧が増加すると、ファウラー・ノルドハイム政権に続いて電子を放出し、最高電圧の強度飽和度を持つ。投影システムでダイヤフラムを使用した研究は、1つのエミッタが点状の^ソース9であることを示しました。しかし、ダイヤフラムでこの大きなフィルムを使用してソースを選択しても、ポイントソースの可能性を利用しませんでした。例えば、低エネルギー電子点源投影顕微鏡で一般的に使用される点源は、約100nmのソース間距離を可能にする。しかし、このようなソース対オブジェクトの距離は、フィルムでは問題外になります。この電子源に向かって何かを動かすことができるように、1つの結晶を分離する方法を見つけることは挑戦でした。我々の溶液は、まず、10μmの炭素繊維を用いる:繊維の頂点に液滴を堆積させることは、必ずしもセラドイト結晶の数を制限する。次に、液滴の大きさを制限することにしました:約5μmの先端を持つマイクロピペットは、セラドニテ含有水で満たされ、マイクロピペットの入り口に圧力を加え、繊維の頂点を濡らす小さな滴を作成します。プロトコルは、完全なソース準備プロセスの詳細を示します。

得られたソースは、ソース、オブジェクトと電子光学^系10との間に良好な位置合わせを可能にする同軸点源である。直径10μmは超鋭い先端よりもまだ広いため、ソースからオブジェクトまでの距離は数十マイクロメートルに制限されています。しかし、最近、エインツェルレンズと組み合わせたセラドナイト源エミッタは、従来のポイントソース投影顕微鏡に比べて同等のパフォーマンスを発揮することが示されました。このようにアクセス可能になった長距離イメージングは、物体に対する電荷^{効果11と12、13}に関与する画像歪みを制限する。セラドニテ源はまた鋭い金属の先端と比較される主要な利点を示す。それは強い:ポイントソースは結晶の下にあり、したがってスパッタリングから保護されています。ソースは比較的高圧下で動作することができます:それはいくつかの分の間^に10-2 mbarでテストされました。しかし、その寿命とその安定性は、右の真空条件に依存したままです。私たちは通常、10-8 mbarでセラドマイト源を採用し、数ヶ月の寿命を取得します。

この記事は、セラドイト源を使用してコヒーレント電子ビームを生成することを希望するすべての人を助けることを目的としています。