Feldion-Mikroskopie (FIM) ist eine analytische in der Material-Wissenschaft verwendete Technik. Das Feldion-Mikroskop ist ein Typ des Mikroskops, das verwendet werden kann, um die Einordnung von Atomen an der Oberfläche eines scharfen Metalltipps darzustellen.

Es war die erste Technik, durch die individuelle Atome räumlich aufgelöst werden konnten. Am 11. Oktober 1955 hat Muller & Bahadur (Staatliche Universität von Pennsylvanien) individuelles Wolfram (W) Atome auf der Oberfläche eines scharf spitzen W-Tipps durch das Abkühlen davon zu 78 K und die Beschäftigung von Helium als das Bildaufbereitungsbenzin beobachtet. Muller & Bahadur war die ersten Personen, um individuelle Atome direkt zu beobachten; um so zu tun, haben sie eine FIM verwendet, die Muller 1951 erfunden hatte.

Einführung

In der FIM, ein scharfer (zu 10 Torr).

1. Der Tipp wird zu niedrigen Temperaturen (~20-80K) abgekühlt.

Wie FEM ist die Feldkraft an der Tipp-Spitze normalerweise einige V/Å. Experimentelle Einstellungs- und Bildbildung in der FIM wird in den Begleitzahlen illustriert.

In der FIM ist die Anwesenheit eines starken Feldes kritisch. Die darstellenden Gasatome (Er, Ne) in der Nähe vom Tipp werden durch das Feld polarisiert, und da das Feld ungleichförmig ist, werden die polarisierten Atome zur Tipp-Oberfläche angezogen. Die Bildaufbereitungsatome verlieren dann ihre kinetische Energie, die eine Reihe von Sprüngen durchführt, und stellen sich auf die Tipp-Temperatur ein. Schließlich werden die Bildaufbereitungsatome durch tunneling Elektronen in die Oberfläche ionisiert, und die resultierenden positiven Ionen werden entlang den Feldlinien zum Schirm beschleunigt, um ein hoch vergrößertes Image des Beispieltipps zu bilden.

In der FIM findet die Ionisation in der Nähe vom Tipp statt, wo das Feld am stärksten ist. Das Elektron, dass Tunnels vom Atom durch den Tipp aufgenommen werden. Es gibt eine kritische Entfernung, xc, an dem die tunneling Wahrscheinlichkeit ein Maximum ist. Diese Entfernung ist normalerweise ungefähr 0.4 nm. Die sehr hohe Raumentschlossenheit und hohe Unähnlichkeit für Eigenschaften auf der Atomskala entstehen aus der Tatsache, dass das elektrische Feld in der Nähe von den Oberflächenatomen wegen der höheren lokalen Krümmung erhöht wird. Die Entschlossenheit der FIM wird durch die Thermalgeschwindigkeit des Bildaufbereitungsions beschränkt. Die Entschlossenheit der Ordnung 1Å (Atomentschlossenheit) kann durch das wirksame Abkühlen des Tipps erreicht werden.

Die Anwendung der FIM, wie FEM, wird durch die Materialien beschränkt, die in Form eines scharfen Tipps fabriziert werden können, in einer Umgebung des extremen Hochvakuums (UHV) verwendet werden können, und die hohen elektrostatischen Felder dulden können. Aus diesen Gründen, widerspenstigen Metallen mit der hohen schmelzenden Temperatur (für z.B. W, Missouri, Pt, Ir) sind herkömmliche Gegenstände für FIM-Experimente. Metalltipps für FEM und FIM sind durch electropolishing (das elektrochemische Polieren) dünner Leitungen bereit. Jedoch enthalten diese Tipps gewöhnlich viele Rauheiten. Das Endvorbereitungsverfahren schließt in die situ Eliminierung dieser Rauheiten durch die Feldeindampfung gerade durch die Aufhebung der Tipp-Stromspannung ein. Feldeindampfung ist veranlasster Prozess eines Feldes, der mit der Eliminierung von Atomen von der Oberfläche selbst an sehr hohen Feldkräften verbunden ist und normalerweise in der Reihe 2-5 V/Å vorkommt. Die Wirkung des Feldes ist in diesem Fall, die wirksame Bindungsenergie des Atoms zur Oberfläche zu reduzieren und, tatsächlich, eine sehr vergrößerte Eindampfungsrate hinsichtlich dessen zu geben, das bei dieser Temperatur an Nullfeldern erwartet ist. Dieser Prozess ist seit den Atomen selbstregulierend, die an Positionen der hohen lokalen Krümmung, wie adatoms oder Sims-Atome sind, werden bevorzugt entfernt. Die in der FIM verwendeten Tipps sind schärfer (Tipp-Radius ist 100~300 Å) im Vergleich zu denjenigen, die in FEM-Experimenten (Tipp-Radius ~1000 Å) verwendet sind.

FIM ist verwendet worden, um dynamisches Verhalten von Oberflächen und das Verhalten von adatoms auf Oberflächen zu studieren. Die studierten Probleme schließen Phänomene der Adsorption-desorption, Oberflächenverbreitung von adatoms und Trauben, adatom-adatom Wechselwirkungen, Schritt-Bewegung, Gleichgewicht-Kristallgestalt usw. ein. Jedoch gibt es die Möglichkeit der Ergebnisse, die durch die beschränkte Fläche (d. h. Rand-Effekten) und durch die Anwesenheit des großen elektrischen Feldes betreffen werden.

Siehe auch

• Atom-Untersuchung
• Elektronmikroskop
• Feldemissionsmikroskopie
• Liste von Oberflächenanalyse-Methoden

Links

• Nordwestliches Universitätszentrum für die Tomographie der Atom-Untersuchung
• Fotographie des Wolfram-Nadel-Tipps, der durch die FIM dargestellt ist
• K.Oura, V.G.Lifshits, A.ASaranin, A.V.Zotov und M.Katayama, Oberflächenwissenschaft - Eine Einführung, (Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003).
• John B. Hudson, Oberflächenwissenschaft - Eine Einführung, (BUTTERWORTH-HEINEMANN 1992.