Elektrostatik lens - Electrostatic lens
Bir elektrostatik mercek bir cihaz olduğu yüklü parçacıkların taşımacılığında asist. Örneğin, optik bir lensin ışığın bir optik alet içinde taşınmasına yardımcı olma şekline benzer şekilde , bir numuneden yayılan elektronları bir elektron analizörüne yönlendirebilir . Elektrostatik lens sistemleri, optik lenslerle aynı şekilde tasarlanabilir, böylece elektrostatik lensler, elektron yörüngelerini kolayca büyütebilir veya yakınlaştırabilir. Elektrostatik bir mercek, bir iyon demetini odaklamak için, örneğin tek tek hücreleri ışınlamak için bir mikro ışın yapmak için de kullanılabilir .
Silindir mercek
Bir silindir lens, kenarları ince duvarlar olan birkaç silindirden oluşur. Her silindir, elektronların girdiği optik eksene paralel olarak sıralanır. Silindirler arasında küçük boşluklar vardır. Her silindir farklı bir voltaja sahip olduğunda, silindirler arasındaki boşluk mercek görevi görür. Büyütme, farklı voltaj kombinasyonları seçilerek değiştirilebilir. Her ne kadar büyütme iki silindir merceklerin değiştirilebilir, odak noktası aynı zamanda, bu işlem tarafından değiştirilir. Üç silindirli mercek, mercek olarak çalışan iki boşluk olduğundan, nesneyi ve görüntü konumlarını tutarken büyütme değişimini gerçekleştirir. Elektron kinetik enerjisine bağlı olarak voltajların değişmesi gerekmesine rağmen, optik parametreler değiştirilmediğinde voltaj oranı sabit tutulur.
Yüklü bir parçacık elektrik alanındayken kuvvet etki eder. Parçacık ne kadar hızlı olursa biriken itme o kadar küçük olur. Koşutlanmış bir ışın için odak uzaklığı, ilk itmenin lens tarafından biriken (dik) itmeye bölünmesiyle verilir. Bu, tek bir merceğin odak uzaklığını, yüklü parçacığın hızının ikinci derecesinin bir fonksiyonu haline getirir. Fotonikte bilindiği gibi tek lensler elektronlar için kolayca bulunmaz.
Silindir mercek, kırılma güçlerinin toplamı sıfır olmak üzere, odaksızlaştırıcı mercek, odaklayıcı bir mercek ve ikinci bir bulanıklaştırma merceğinden oluşur. Ancak mercekler arasında bir miktar mesafe olduğu için elektron üç dönüş yapar ve odaklama merceğine eksenden daha uzak bir konumda çarpar ve böylece daha güçlü bir alandan geçer. Bu dolaylılık, ortaya çıkan kırılma gücünün tek bir merceğin kırılma gücünün karesi olmasına yol açar.
Einzel lens
Bir einzel mercek ışının enerjisini değiştirmeden odaklanan bir elektrostatik mercek olduğunu. Bir eksen boyunca seri halde üç veya daha fazla silindirik veya dikdörtgen tüp setinden oluşur.
Dört kutuplu mercek
Dört kutuplu mercek , birbirine göre 90 ° döndürülmüş iki tek dört kutupludur. Z optik eksen olsun, o zaman x ve y ekseni için ayrı ayrı kırılma gücünün yine tek bir merceğin kırılma gücünün karesi olduğu anlaşılabilir.
Bir manyetik dört kutuplu , ancak bir elektrik dört kutuplu çok benzer çalışır Lorentz kuvveti yüklü parçacık hızı ile artar. Wien filtresinin ruhuna göre , birleşik manyetik, elektrik dört kutuplu, belirli bir hız etrafında renksizdir. Bohr ve Pauli , bu merceğin spinli iyonlara uygulandığında (renk sapması anlamında) sapmaya yol açtığını, ancak aynı zamanda bir spini olan elektronlara uygulandığında olmadığını iddia ediyor. Stern – Gerlach deneyine bakın .
Manyetik lens
Yüklü parçacıkları odaklamak için bir manyetik alan da kullanılabilir. Elektrona etkiyen Lorentz kuvveti, hem hareket yönüne hem de manyetik alanın yönüne ( v x B ) diktir . Homojen bir alan, yüklü parçacıkları saptırır, ancak onları odaklamaz. En basit manyetik mercek, ışının tercihen bobinin ekseni boyunca geçtiği halka şekilli bir bobindir. Manyetik alanı oluşturmak için bobinden bir elektrik akımı geçirilir. Manyetik alan bobin düzleminde en güçlüdür ve ondan uzaklaşarak zayıflar. Bobin düzleminde, eksenden uzaklaştıkça alan güçlenir. Bu nedenle, eksenden daha uzaktaki yüklü bir parçacık, eksene daha yakın bir parçacıktan daha güçlü bir Lorentz kuvveti yaşar (aynı hıza sahip olduklarını varsayarsak). Bu, odaklanma eylemine yol açar. Elektrostatik bir mercekteki yollardan farklı olarak, manyetik bir mercekteki yollar spiral bir bileşen içerir, yani yüklü parçacıklar optik eksen etrafında spiral şeklinde döner. Sonuç olarak, manyetik bir mercek tarafından oluşturulan görüntü, nesneye göre döndürülür. Elektrostatik bir mercek için bu dönüş yoktur. Manyetik alanın uzamsal boyutu, bir demir (veya başka bir manyetik olarak yumuşak malzeme) manyetik devre kullanılarak kontrol edilebilir. Bu, iyi tanımlanmış optik özelliklere sahip daha kompakt manyetik lensler tasarlamayı ve üretmeyi mümkün kılar. Günümüzde kullanılan elektron mikroskoplarının büyük çoğunluğu, üstün görüntüleme özellikleri ve elektrostatik lensler için gerekli olan yüksek voltajların olmaması nedeniyle manyetik lensler kullanmaktadır.
Çok kutuplu lensler
Dörtlü kutupların ötesindeki çok kutuplar küresel sapmayı düzeltebilir ve parçacık hızlandırıcılarda çift kutuplu bükme mıknatısları gerçekten farklı çok kutuplu süperpozisyonlara sahip çok sayıda öğeden oluşur.
Bağımlılık genellikle hızın gücüne bağlı olarak kinetik enerjinin kendisine verilir. Dolayısıyla, elektrostatik bir mercek için odak uzunluğu kinetik enerjinin ikinci gücüne göre değişir, manyetostatik bir mercek için odak uzaklığı kinetik enerjiyle orantılı olarak değişir. Ve birleşik bir dört kutuplu, belirli bir enerji etrafında akromatik olabilir.
Farklı kinetik enerjilere sahip parçacıkların dağılımı, uzunlamasına bir elektrik alanı ile hızlandırılırsa, bağıl enerji dağılımı azalır ve daha az kromatik hataya yol açar. Bunun bir örneği elektron mikroskobundadır .
Elektron spektroskopisi
Elektron spektroskopisindeki son gelişmeler , moleküllerin elektronik yapılarını ortaya çıkarmayı mümkün kılmaktadır . Bu esas olarak elektron analizörleri tarafından gerçekleştirilse de, elektrostatik lensler de elektron spektroskopisinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynar.
Elektron spektroskopisi, numunelerden yayılan elektronlardan birkaç fiziksel fenomeni tespit ettiğinden, elektronları elektron analizörüne taşımak gereklidir. Elektrostatik lensler, lenslerin genel özelliklerini karşılar.
Ayrıca bakınız
Referanslar
daha fazla okuma
- E. Harting, FH Read, Elektrostatik Lensler, Elsevier, Amsterdam, 1976.