Soczewki elektromagnetyczne - Sekcja Mikroskopii Elektronowej

Idź do spisu treści

Menu główne:

Soczewki elektromagnetyczne

Optyka elektronowa

Wygenerowany w dziale elektronowym strumień elektronów kierowany jest wzdłuż tak zwanej osi optycznej mikroskopu do układu soczewek i apertur (przesłon). Celem tych elementów  jest nadanie wiązce elektronowej odpowiednich parametrów. W transmisyjnej i skaningowej mikroskopii elektronowej stosowanych jest wiele różnych rozwiązań technicznych dotyczących budowy i właściwości soczewek elektromagnetycznych.

 

 

 
 
Soczewki magnetyczne

Historycznie rzecz biorąc soczewka magnetyczna jest najważniejszym elementem każdego mikroskopu elektronowego.
Prace H. Busha (1926 r.) dowodzące, że wiązka elektronowa może być skupiana w podobny sposób jak wiązka światła w układzie optycznym stały się fundamentalne dla powstania i rozwoju mikroskopii elektronowej. Jeżeli chodzi o rolę - soczewki elektronowe stosowane w mikroskopii elektronowej są w zasadzie odpowiednikiem soczewek stosowanych w mikroskopii optycznej (patrz Rys. 1).  
Prosta soczewka magnetyczna zbudowana jest z wielozwojowych cewek miedzianych otoczonych płaszczem ferromagnetycznym. Szczelina wewnątrz płaszcza ferromagnetycznego koncentruje pole magnetyczne w niewielkim obszarze, przez który przechodzi wygenerowana w dziale elektronowym wiązka.

Rys. 1. Schemat (a) soczewki magnetycznej, (b) soczewki optycznej.

 

 
 
Zasada działania

Między soczewkami optycznymi a soczewkami magnetycznymi istnieją poważne różnice. Optyka świetlna opiera się na zjawiskach odbicia/załamania światła. W układach optyki elektronowej stosuje się pole magnetyczne (bądź elektrostatyczne) do zmiany trajektorii wiązki elektronowej. Soczewki elektromagnetyczne wytwarzają pole magnetyczne, które powoduje ogniskowanie wiązki elektronowej. Na elektrony poruszające się w jednorodnym polu magnetycznym B  z prędkością v działa siła  F - zgodnie z zależnością podaną przez H. Lorenza  (biogram na stronie nobelprize.org)

przy czym e0 jest ładunkiem elektronu. Siła Lorenza powoduje, że elektrony poruszają się po liniach śrubowych i po przejściu przez soczewkę magnetyczną skupią się znów w jednym punkcie (jeśli tor ruchu elektronu jest zgodny z liniami pola magnetycznego B - tzn. jeśli elektron biegnie wzdłuż osi soczewki - po przejściu przez soczewkę nie ulegnie odchyleniu). Oznacza to, że pole magnetyczne może być zastosowane do skupiania i rozpraszania wiązki elektronowej.
Ogniskowa f  soczewki magnetycznej może być wyznaczona z zależności

gdzie k jest stałą, Up napięciem przyspieszającym, n oraz I oznaczają odpowiednio liczbę zwojów i prąd cewki.
Soczewki magnetyczne - podobnie jak soczewki w mikroskopii świetlnej - nie są wolne od wad determinujących przede wszystkim zdolność rozdzielczą mikroskopu elektronowego. Głównymi błędami odwzorowania są

  • aberracja sferyczna,

  • aberracja chromatyczna,

  • astygmatyzm.

Więcej informacji na temat optyki elektronowej można znaleźć w pozycji [1].

 

[1]  H. H. Rose Sci. Technol. Adv. Mater. 9 014107 doi:10.1088/0031-8949/9/1/014107 (2008 ) [online - dostęp 09.05.2012]




 
 

Aktualizacja 2014-01-20

Poprawny CSS!

Wróć do spisu treści | Wróć do menu głównego