Ионный проектор

Ионный проектор — (англ. field ion microscope, FIM, полевая ионная микроскопия, автоионная микроскопия) — микроскопия поверхности образца, имеющего форму острой иглы, основанная на использовании эффекта полевой десорбции атомов «изображающего» газа, адсорбирующихся на исследуемую поверхность. В отличие от ионного микроскопа является безлинзовым прибором. По сравнению с электронным микроскопом имеет более высокую разрешающую способность (1,2-1,6 Å).

Описание

а — Экспериментальная установка для полевой ионной микроскопии; б — схематическая диаграмма, иллюстрирующая процесс получения изображения в микроскопе

Изображение в полевом ионном микроскопе вольфрамовой иглы радиуса ~12 нм, полученное при температуре 21 К

Ионный проектор был изобретен Э. Мюллером в 1951 г. Основными её элементами служат образец в виде острой иглы, находящийся под высоким положительным потенциалом (1-10 кэВ), и флуоресцентный экран, в современных установках замененный на микроканальную пластину, которые помещаются в откачиваемую камеру. Камера заполнена «изображающим» газом, обычно гелием или неоном при давлении от 10^-5 до 10^-3 торр. Образец охлаждается до низких температур (~20-80 К).

Изображающий газ вблизи иглы поляризуется в поле, а поскольку поле неоднородно, то поляризованные атомы газа притягиваются к поверхности иглы. Адсорбированные атомы могут ионизироваться за счет туннелирования электронов в иглу, и образовавшиеся ионы ускоряются полем в сторону экрана, где и формируется изображение поверхности-эмиттера. Разрешение полевого микроскопа определяется термической скоростью изображающего иона и при охлаждении иглы до низких температур может составлять до 0,1 нм, то есть иметь атомное разрешение.

Ограничения на материал иглы те же, что и для электронного проектора; вследствие этого большинство исследований с помощью ионного проектора связано с тугоплавкими металлами (W, Mo, Pt, Ir). Наиболее яркие результаты, полученные с помощью автоионной микроскопии, относятся к исследованию динамического поведения поверхностей и поведения атомов на поверхности. Предметом изучения служат явления адсорбции и десорбции, поверхностная диффузия атомов и кластеров, движение атомных ступеней, равновесная форма кристалла и т. д.

См. также

• Электронный проектор
• Электронный микроскоп

Литература

• Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности / Под ред. В. И. Сергиенко. — М.: Наука, 2006. — 490 с.
• Tsong T. T., Chen C. Dynamics and diffusion of atoms at stepped surfaces // The chemical physics of solid surfaces. — Amsterdam: Elsevier, 1997. V. 8: Growth and properties of ultrathin epitaxial layers / Ed. by D.A. King, D. P. Woodruff. P. 102—148.
• Tsong T. T., Sweeney J. Direct observation of the atomic structure of W(100) surface // Solid State Commun. 1979. V. 30, № 7. P. 767—770.