Elektrostatisk linse - Electrostatic lens
En elektrostatisk linse er en enhet som hjelper til med transport av ladede partikler. For eksempel kan den lede elektroner som sendes ut fra en prøve til en elektronanalysator , analogt med måten en optisk linse hjelper til med transport av lys i et optisk instrument. Systemer med elektrostatiske linser kan utformes på samme måte som optiske linser, slik at elektrostatiske linser lett forstørrer eller konvergerer elektronbanene. En elektrostatisk linse kan også brukes til å fokusere en ionestråle, for eksempel for å lage en mikrostråle for bestråling av individuelle celler .
Sylinderlinser
En sylinderlinse består av flere sylindere med sider som er tynne vegger. Hver sylinder stiller seg parallelt med den optiske aksen som elektroner kommer inn i. Det er små hull mellom sylindrene. Når hver sylinder har en annen spenning, fungerer gapet mellom sylindrene som en linse. Forstørrelsen kan endres ved å velge forskjellige spenningskombinasjoner. Selv om forstørrelsen av to-sylinderlinser kan endres, endres også fokuspunktet ved denne operasjonen. Tre sylinderlinser oppnår endring av forstørrelsen mens du holder objektet og bildeposisjonene fordi det er to hull som fungerer som linser. Selv om spenningene må endres avhengig av den elektroniske kinetiske energien , holdes spenningsforholdet konstant når de optiske parametrene ikke endres.
Mens en ladet partikkel er i et elektrisk felt virker det på den. Jo raskere partikkelen jo mindre er den akkumulerte impulsen. For en kollimert stråle blir brennvidden gitt som den første impulsen delt på den akkumulerte (vinkelrette) impulsen av linsen. Dette gjør brennvidden til en enkelt linse til en funksjon av andre rekkefølge av hastigheten til den ladede partikkelen. Enkeltlinser som kjent fra fotonikk er ikke lett tilgjengelige for elektroner.
Sylinderobjektivet består av defokuseringslinser, en fokuseringslinse og en andre defokuseringslinse, med summen av deres brytningsevne som null. Men fordi det er litt avstand mellom linsene, gjør elektronen tre svinger og treffer den fokuserende linsen i en posisjon lenger borte fra aksen og beveger seg så gjennom et felt med større styrke. Denne indirekten fører til det faktum at den resulterende brytningseffekten er kvadratet til brytningsstyrken til en enkelt linse.
Einzel-linse
En einzel-linse er en elektrostatisk linse som fokuserer uten å endre strålens energi. Den består av tre eller flere sett med sylindriske eller rektangulære rør i serie langs en akse.
Quadrupole-linse
Den kvadropol linse består av to enkelts quadrupoles dreies 90 ° i forhold til hverandre. La z være den optiske aksen, da kan man utlede separat for x- og y-aksen at brytningseffekten igjen er kvadratet av brytningsstyrken til en enkelt linse.
En magnetisk kvadrupol fungerer veldig likt en elektrisk kvadrupol, men Lorentz-kraften øker med hastigheten til den ladede partikkelen. I ånden til et Wien-filter er en kombinert magnetisk, elektrisk kvadrupol akromatisk rundt en gitt hastighet. Bohr og Pauli hevder at denne linsen fører til aberrasjon når den påføres ioner med spinn (i betydningen kromatisk aberrasjon), men ikke når den påføres elektroner som også har en spinn. Se Stern – Gerlach eksperiment .
Magnetisk linse
Et magnetfelt kan også brukes til å fokusere ladede partikler. Lorentz-kraften som virker på elektronet er vinkelrett på både bevegelsesretningen og retningen til magnetfeltet ( v x B ). Et homogent felt avbøyer ladede partikler, men fokuserer dem ikke. Den enkleste magnetiske linsen er en doughnutformet spole som strålen passerer gjennom, fortrinnsvis langs spolen. For å generere magnetfeltet føres en elektrisk strøm gjennom spolen. Magnetfeltet er sterkest i spiralplanet og blir svakere når det beveger seg bort fra det. I spiralplanet blir feltet sterkere når vi beveger oss bort fra aksen. Dermed opplever en ladet partikkel lenger fra aksen en sterkere Lorentz-kraft enn en partikkel nærmere aksen (forutsatt at de har samme hastighet). Dette gir opphav til den fokuserende handlingen. I motsetning til banene i en elektrostatisk linse, inneholder banene i en magnetisk linse en spiralkomponent, dvs. de ladede partiklene spiral rundt den optiske aksen. Som en konsekvens roteres bildet som dannes av en magnetisk linse i forhold til objektet. Denne rotasjonen er fraværende for en elektrostatisk linse. Den romlige utstrekningen av magnetfeltet kan kontrolleres ved hjelp av en magnetisk krets av jern (eller annet magnetisk mykt materiale). Dette gjør det mulig å designe og bygge mer kompakte magnetiske linser med veldefinerte optiske egenskaper. De aller fleste elektronmikroskoper som brukes i dag, bruker magnetiske linser på grunn av deres overlegne bildegenskaper og fraværet av de høye spenningene som kreves for elektrostatiske linser.
Multipole linser
Multipoler utover kvadrupolen kan korrigere for sfærisk aberrasjon, og i partikkelakseleratorer er dipolbøyemagneter virkelig sammensatt av et stort antall elementer med forskjellige superposisjoner av multipoler.
Vanligvis er avhengigheten gitt for den kinetiske energien, avhengig av hastigheten til hastigheten. Så for en elektrostatisk linse varierer brennvidden med den andre effekten av den kinetiske energien, mens for en magnetostatisk linse varierer brennvidden proporsjonalt med den kinetiske energien. Og en kombinert kvadrupol kan være akromatisk rundt en gitt energi.
Hvis en distribusjon av partikler med forskjellige kinetiske energier akselereres av et langsgående elektrisk felt, reduseres den relative energispredningen, noe som fører til mindre kromatisk feil. Et eksempel på dette er i elektronmikroskopet .
Elektron spektroskopi
Den nylige utviklingen av elektronspektroskopi gjør det mulig å avsløre molekylers elektroniske strukturer . Selv om dette hovedsakelig oppnås av elektronanalysatorer, spiller elektrostatiske linser også en viktig rolle i utviklingen av elektronspektroskopi.
Siden elektronspektroskopi oppdager flere fysiske fenomener fra elektronene som sendes ut fra prøver, er det nødvendig å transportere elektronene til elektronanalysatoren. Elektrostatiske linser tilfredsstiller de generelle egenskapene til linser.
Se også
Referanser
Videre lesning
- Harting, FH Read, elektrostatiske linser, Elsevier, Amsterdam, 1976.