Bir Celadonit Elektron Kaynağının Hazırlanması ve Parlaklığının Tahmin
Summary
Makale bir celadonit kaynağı hazırlamak ve uzun menzilli görüntüleme düşük enerjili elektron noktası kaynaklı projeksiyon mikroskobu nda kullanılmak üzere parlaklığını tahmin etmek için bir protokol sunuyor.
Abstract
Burada açıklanan elektron celadonit kaynağı, uzun menzilli görüntülemede düşük enerjili elektron nokta kaynaklı projeksiyon mikroskobunda iyi performans gösterir. Keskin metal uçlarına göre büyük avantajlar sunar. Sağlamlığı bir ömür boyu ay ve nispeten yüksek basınç altında kullanılabilir. Celadonit kristali karbon fiberin tepesinde birikir, küresel ışın şekli ve kaynağı, nesneyi ve elektron-optik sistem eksenini hizalamak için kolay mekanik konumlandırma sağlayan koaksiyel bir yapıda kendini korumuştur. Bir mikropipet ile celadonit içeren su damlacıkları üretimi ile tek bir kristal birikimi vardır. Takımı doğrulamak için taramalı elektron mikroskobu gözlemi yapılabilir. Ancak, bu adımlar ekler ve bu nedenle kaynak zarar riskini artırır. Böylece, hazırlıktan sonra, kaynak genellikle projeksiyon mikroskobunda vakum altında doğrudan yerleştirilir. İlk yüksek gerilim beslemesi, elektron emisyonunu başlatmak için gereken başlama vuruşunu sağlar. Daha sonra ilgili alan emisyon süreci ölçülür: zaten bu şekilde hazırlanan elektron kaynakları düzinelerce gözlenmiştir. Parlaklık, bir projeksiyon sisteminde ölçülen kaynak boyutu, bir enerjideki yoğunluk ve koni açısının aşırı tahminedile tahmin edilemez.
Introduction
Elektron salınımı için kullanılan metal/yalıtkan yapılar, düşük makroskopik alanları nedeniyle yaklaşık 20 yıldır incelenmiştir1. Dahil elektrik alanı sadece bazı V / μm2,3,4, keskin metal uçları ile klasik alan emisyonu için gerekli V / nm aksine5,6,7. Bu muhtemelen elektron kaynağı teknolojilerinde çok yararlı olan başlangıç plazma deşarjaçıklar. Birkaç yıl önce, biz elektron iletim karbon katmanları8doğal yalıtkanların filmleri yatırarak bu düşük alan emisyon keşfetmek için çalıştı. Brezilya’daki Ametista di Sul madenlerinde Parana Tuzakları’nın bazaltında bulunan yalıtkan mineral celadonite seçildi.
Celadonit zemin olduğunda, kristal şekli mikrometrik boyutları ve 100 nm’den daha az kalınlığa sahip dikdörtgen bir levhadır (genellikle: 1.000 nm x 500 nm x 50 nm). Elektron mikroskobunda mükemmel bir şekilde düz ve tanınabilir (Şekil 1). Film karbon tabakası üzerinde bir celadonit içeren su damlacığı birikimi ile oluşur. Uygulanan gerilim arttıkça, fowler-Nordheim rejimini takip ederek en yüksek gerilimler için yoğunluk doygunluğu ile elektron yayır. Bir projeksiyon sisteminde diyafram kullanılarak yapılan bir çalışma, bir yayıcısın nokta benzeri bir kaynak olduğunu gösterdi9. Ancak, kaynak seçmek için bir diyafram ile bu büyük film kullanarak nokta kaynağının potansiyelini yararlanmak vermedi. Örneğin, düşük enerjili elektron noktası kaynaklı projeksiyon mikroskobunda yaygın olarak kullanılan nokta kaynakları yaklaşık 100 nm kaynak-nesne uzaklığına izin verir. Ancak, böyle bir kaynak-nesne mesafe bir film ile söz konusu olacaktır. Bir kristali izole etmenin bir yolunu bulmak, böylece bir şeyi bu elektron kaynağına doğru hareket ettirebilmek zordu. Bizim çözüm ilk, 10 μm karbon fiber kullanmak oldu: lif apeks de damlacık yatırma mutlaka celadonit kristallerinin sayısını sınırlar. İkinci olarak, damlacık boyutunu sınırlamaya karar verdik: yaklaşık 5 μm bir ucu ucu ile bir mikropipet celadonit içeren su ile doldurulur ve basınç fiber apeks ıslak küçük bir damla oluşturmak için micropipeette girişinde uygulanır. Protokol tüm kaynak hazırlama işlemini ayrıntılarıyla anlatır.
Elde edilen kaynak, kaynak, nesne ve elektron optik sistemi10arasında iyi bir hizalama sağlayan koaksiyel bir nokta kaynağıdır. 10 μm çapı hala ultra keskin uçlardan daha geniş olduğundan, kaynaktan nesneye uzaklık bazı onlarca mikrometre ile sınırlıdır. Ancak, son zamanlarda bir Einzel lens ile birlikte celadonit kaynak yayıcısı klasik bir nokta kaynak projeksiyon mikroskobu ile karşılaştırıldığında gerçekleştirir gösterdi. Böylece uzun menzilli görüntüleme böylece nesne ve görüntü bozulmaları 12,13dahil şarj etkisi11 sınırlar erişilebilir yaptı. Celadonit kaynağı da keskin metal ipuçları ile karşılaştırıldığında büyük avantajlar sunuyor. Sağlamdır: nokta kaynağı kristalin altındadır ve böylece fışkırtma lara karşı korunur. Kaynak nispeten yüksek basınç altında çalışabilir: bazı dakikalarda 10-2 mbar test edildi. Ancak ömrü ve stabilitesi doğru vakum koşullarına bağlı kalır. Biz genellikle 10-8 mbar celadonit kaynağı istihdam ve ay bir ömür boyu elde.
Bu makale, tutarlı bir elektron ışını üretmek için celadonit kaynağını kullanmak isteyenlere yardımcı olmak için tasarlanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mikroskobik ölçekteki kaynağın geometrisi bir kaynaktan diğerine değiştiğinden, bu protokol kritik değildir. Zorluk bir karbon fiber kırılgan olduğundan, kesme uygunsuz bir uzunluğa yol açabilir. Yeterli uzunluk yaklaşık 500 μm; kesimin mikroskobik şekli çok önemli değildir. Kritik adım kristalleri çok az sayıda olmasıdır (ideal bir) iletken bir tel in tepe üzerinde yatırılır. Kristal konsantrasyonunun yatırılan hacimle adapte edilmesi en önemli noktadır. Çok fazla kristal toplanırsa, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar bu makalenin İngilizce geliştirmek için Marjorie Sweetko teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| Carbon fiber filament | Goodfellow | C 005711 | |
| Carbon fiber filament | Mitsubishi Chemical | DIALEAD | |
| Carbon fiber filament | Solvay | THORNEL P25 | |
| Carbon fiber filament | Zoltek | PX35 Continuous Tow | |
| Celadonite | Verona Green earth / pigment | ||
| Dual-stage microchannel plate and fluorescent screen assembly | Hamamatsu | F2225-21S | |
| Flow controller | Elveflow | OB1 | |
| Machinable glass ceramic | Macor | ||
| Micropipette Puller | Sutter Instruments | P2000 | |
| Piezo-electric actuators | Mechonics | MS30 | |
| Quartz capillary | Sutter Instrument | B100-75-15 | |
| Silver Lacquer | DODUCO GmbH | AUROMAL 38 | |
| Ultrasonic processor | Hielscher / sonotrode MS3 | UP50H |
References
- Forbes, R. G. Low-macroscopic-field electron emission from carbon films and other electrically nanostructured heterogeneous materials: hypotheses about emission mechanism. Solid-State Electronics. 45, 779-808 (2001).
- Wang, C., Garcia, A., Ingram, D. C., Lake, M., Kordesch, M. E. Cold field emission from CVD diamond films observed in emission electron microscopy. Electronics Letters. 27, 1459 (1991).
- Okano, K., Koizumi, S., Ravi, S., Silva, P., Amaratunga, G. Low-threshold cold cathodes made of nitrogen-doped chemical-vapour-deposited diamond. Nature. 381, 140-141 (1996).
- Geis, M. W., et al. A new surface electron-emission mechanism in diamond cathodes. Nature. 393, 431-435 (1998).
- Horch, S., Morin, R. Field emission from atomic size sources. Journal of Applied Physics. 74 (6), 3652-3657 (1993).
- Muller, H. U., Volkel, B., Hofmann, M., Woll, C., Grunze, M. Emission properties of electron point sources. Ultramicroscopy. 50 (1), 57-64 (1993).
- Qian, W., Scheinfein, M. R., Spence, J. C. H. Brightness measurements of nanometer-sized field-emission-electron sources. Journal of Applied Physics. 73 (11), 7041-7045 (1993).
- Rech, J. e. m., Grauby, O., Morin, R. Low-voltage electron emission from mineral films. Journal of Vacuum Science & Technology B. 20 (1), 5-9 (2002).
- Daineche, R., Degiovanni, A., Grauby, O., Morin, R. Source of low-energy coherent electron beams. Applied Physics Letters. 88, 023101 (2006).
- Salançon, E., Daineche, R., Grauby, O., Morin, R. Single mineral particle makes an electron point source. Journal of Vacuum Science & Technology B. 33, 030601 (2015).
- Prigent, M., Morin, P. Charge effect in point projection images of Ni nanowires and I collagen fibres. Journal of Physics D: Applied Physics. 34 (8), 1167-1177 (2001).
- Salançon, E., Degiovanni, A., Lapena, L., Lagaize, M., Morin, R. A low-energy electron point-source projection microscope not using a sharp metal tip performs well in long-range imaging. Ultramicroscopy. 200, 125-131 (2019).
- Salançon, E., Degiovanni, A., Lapena, L., Morin, R. High spatial resolution detection of low-energy electrons using an event-counting method, application to point projection microscopy. Review of Scientific Instruments. 89, 043301 (2018).
- Swanson, L. W., Crouser, L. C. Total-Energy Distribution of Field-Emitted Electrons and Single-Plane Work Functions for Tungsten. Physical Review. 163, 622 (1967).
