ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические основы метода из "Катализ Физико-химия гетерогенного катализа" Физические основы работы низкотемпературного гелиевого ионного проектора довольно просты, несмотря даже на то что механизм образования изображения пока еще не ясен во всех деталях. Объект в форме тонкой иглы с радиусом острия в несколько сотен ангстрем вмонтирован в колбу автоэлектронного проектора, в которую вводят 1 10 мм рт. ст. гелия его давление при этом таково, что средняя длина свободного пробега иона как раз сравнима с расстоянием между острием и экраном. При более высоких давлениях ионно-атомное рассеяние будет размывать изображение. Экран заряжают отрицательно по отношению к эмиттеру. [c.202] Для других атомов форма трансмиссионного коэффициента должна сохраниться неизменной, так как вероятность туннелирования экспоненциально зависит от отношения Г /Р. Ввиду отсутствия точных расчетов предэкспоненту также лучше всего оставить неизменной. [c.203] Пунктирная линия справа воспроизводит потенциал в свободном пространстве. 0 —работа выхода металла / — ионизационный потенциал — расстояние от плоскости изображения, на которой электронный уровень в атоме совпадает с уровнем Ферми. [c.204] Приложенное поле равно 4,5 в/к, изоэнергетический переход с кривой для атома (А) на кривую для иона (а ) может осуществляться при 4,3 А. [c.205] Оо —поляризуемость атома, — поляризуемость иона. Кривые отталкивания для иона и для атома на этой и последующих диаграммах не показаны. [c.205] Наложим теперь на поверхность металла поле. Это снизит потенциальную энергию атома на величину Как показано на рис. 526, поляризация за счет поля изменит энергию атома лишь незначительно. Напротив, энергия иона, помимо небольшого снижения за счет поляризационного члена /гсс+Р, понизится на величину Fex. Существует еще один эффект поле проникает в металл, истощая тонкий поверхностный слой электронов. Это смещает плоскость изображения, от которой отмеряются расстояния, и, следовательно, координата х сама становится слабой функцией поля. [c.206] В поле F обе рассматриваемые потенциальные кривые должны были бы пересечься на расстоянии х,. от поверхности. В общем случае этого не происходит, так как комбинация волновых функций ионного и атомарного состояний приводит к изгибу и, как следствие, к разделению кривых. [c.206] Рассмотрим теперь атом гелия, приближающийся к поверхности справа вдоль кривой А. Переход в ионное состояние без изменения энергии может произойти при достижении удаления х . На расстояниях, больших чем х , переход атом- ион будет снижать полную потенциальную энергию. Это должно привести к возникновению электрона с избытком кинетической энергии. Сохранение же гелия в атомарном состоянии на расстояниях от поверхности, меньших чем Хс, повысило бы потенциал и потребовало бы подвода энергии. Конечно, в таком случае ионизация могла бы завершиться подъемом электрона с одного из занятых уровней до уровня Ферми. [c.206] В случае гелия запрещенная зона в поле, равном 4,5 в/А, начинается на расстоянии 4,25 А от поверхности вольфрама. [c.206] Однако даже в поле 4 в/А и на расстоянии в 5А вероятность ионизации атома гелия, двигающегося в направлении острия, еще мала. Для такого направляющегося к поверхности атома имеется только один щанс из 100 быть ионизированным на участке пробега в 1 А. Поэтому, чтобы понять механизм образования ионного изображения, необходимо изучить движение атома гелия после столкновения с поверхностью. [c.207] В предположении, что оно лимитируется поперечной скоростью, а не принципом неопределенности. Для острия с радиусом 400 А, охлаждаемого жидким водородом, при использовании гелия в качестве газа, создающего изображение, и в отсутствие перераспределения энергии разрещение ограничено величиной 8 А. [c.208] На острие размером 400 А тангенциальная скорость ионов гелия, находящихся в тепловом равновесии с металлом, задает нижнюю границу разрешающей способности, равную 1 А ограничения, накладываемые принципом неопределенности, имеют ту же величину. [c.208] Значения для одномерной гармонической решетки приведены в работе [73]. [c.209] При дальнейшем возрастании поля и высота скачков, и граница зоны ионизации прижимаются ближе к поверхности при этом первая подвержена более сильной зависимости (пропорционально 1/Р по сравнению с 1/F), вследствие чего в таких местах уменьшается доля тех скачущих атомов, которые ионизируются. На данной стадии эффективными для ионизации могут стать другие площади, имеющие больший радиус кривизны, которые и будут присоединяться к источнику захваченных атомов гелия. Это обязательно повлияет на ход ионизации и в прочих местах вследствие понижения концентрации атомов на поверхности. [c.210] Для очень сильных полей поступающий газ, дающий изображение, может стать ионизированным до столкновения с поверхностью на некотором расстоянии от х, . На этой стадии процесс ионизации уже не зависит непосредственно от атомарной структуры, и изображение расплывается. [c.210] Проведенное качественное рассмотрение должно подчеркнуть сложность физических процессов, сопровождающих возникновение ионного изображения, и трудности, препятствующие точной интерпретации. Ни теория атомного рассеяния на поверхности, ни описание высоковольтной ионизации не дают возможности подойти к количественному объяснению распределения интенсивностей. Однако подобная количественная оценка практически не является необходимой для получения достаточно глубокой информации о поверхностных процессах, и поэтому в дальнейшем большее внимание будет уделено качественному подходу к ионной микроскопии. [c.210] г) —атомный потенциал на расстоянии л — энергия активации высоковольтной десорб-ЦИИ. На расстоянии ионизируются те адсорбированные атомы, которые обладают достаточной энергией, чтобы достичь этой точки. [c.211] МОЖНО установить произвольно путем наложения различных электрических полей. Тогда в принципе возможно экспериментально определить атомный потенциал V по зависимости скорости десорбции от Т к Р. [c.212] Важное отличие приведенного примера от предыдущих заключается в присутствии иона уже в самом начале процесса. Отпадает необходимость ионизации в поле. Поскольку потенциальная энергия иона известна, появляется возможность получения точного соотношения для значения поля, соответствующего десорбции. [c.213] Вернуться к основной статье