|
|
пользуют- разряды с осцилляцией электронов в магн. поле, ВЧ-раярядьг в условиях электронно-циклотронного резонанса, создающие электростатпч. ловушки для иолов. При использовании электронно-лучевых И. и. однозарядные ионы, оказавшиеся в интенсивном электронном пучке с большой энергией, не могут покинуть создаваемую здесь объ╦мным нарядом и торцевыми электродами глубокую потенциальную яму и постепенно лишаются вс╦ большего количества своих элект-рот'чр при столкновениях с быстрыми электронами пучка.
Наиб, успехи в получении попов с высокой кратностью заряди, в частности 25-зарядных ионов Со, «голых» тяж╦лых ядер, достигнуты при воздействии на тв╦рдое тело мощным лазерным излученном, создающим плотную нагретую плазму с многозарядными ионами.
Лит.: 3 а н д б <>' р г Э. Я,, II о н о в Н. И., Повкрх-е >стная ионизации, М., 1969; Г а б о в и ч М. Д., Физика и техника плазменных источников ионов, М., 1972; Инжекторы быстрых атомов, водорода, М,, l(J8l; Г а б о в и ч М. Д., Жид-кометаллинось-ие эмиттеры ионов, «УФВ», 1983, т. 140, с. 137; Г а б о ь и ч М. Д., I! л е ш н в ц Р в Н. В., Сенат-к о Н. Н., Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза н технологических целей,' М., 198ti.
ЛГ. Д. Габояич, /-/. Н. Семашко.
ИОННЫЙ МИКРОСКОП ≈ электронно-оитич. прибор, в к-ром для получения изображений применяется ионный пучок, создаваемый термоионным или газоразрядным ионным источником. По принципу действия И. м. аналогичен электронному микроскопу. Проходя через объект и испытывая в разл. его участках рассеяние и поглощение, ионный пучок фокусируется системой эл.-статггч. плн магн. линз п созда╦т на экране или фотослое увеличенной изображение объекта.
И. м. интересен тем, что обладает более высокой разрешающей способностью по сравнению с электронным микроскопом. Длина волны де Пройля для ионов в
У Mjm раз меньше, чем для злектропов (т ≈ масса электронов, М ≈ масса ионов) при одинаковом ускоряющем напряжении, вследствие чего в И. м. очень малы эффекты искажения, обусловленные дифракцией, к-рые ограничивают в электронном микроскопе его разрешающую способность. Др. преимущества И. м.≈ меньшее влияние изменения массы ионов при больших ускоряющих напряжениях н лучшая контрастность изображения. Напр., контрастность изображения органич. пл╦нок толщиной в 5 им, вызванная рассеянием ионов, в неск. раз превышает контрастность, вызванную рассеянием электронов.
К недостаткам И. м. относятся: заметная потеря энергии ионов даже при прохождении их через очень тонкие объекты, что приводит к разрушению объектов; большая хроматпч. аберрация; разрушение люминофора экрана попами п слабое фотогр. действие ионов. Оти недостатки привели к тому, что, несмотря на преимущества, И. м. по сраншшню с электронным не имеет пока широкого применения. Более эффективен И. м. бея линя ≈ ионный проектор.
ИОННЫЙ ПРОЕКТОР (полевой ионный микроскоп, ав-тоиощшп микроскоп) ≈ безлинзоймй иошю-оптнч. прибор для получения увеличенного в неск, млн. раз изображения поверхности тв╦рдого тела {чаще металла). С помощью И. п. можно различать детали поверхности, раздел╦нные расстояниями порядка 0,2≈0,3 им, лто да╦т возможность наблюдать расположение отд. атомов в кристяллпч. реш╦тке. И. п. был изобрет╦н В 1951 Э. Мюллером (Е, W. М tiller), к-рый ранее построил электронный проектор.
Принципиальная схема И. п. показана на рис. 1. Положит, электродом и одновременно объектом, поверхность к-рого изображается на экране, служит остри╦ тонкой проводящей иглы. Атомы (или молекулы) газа, заполняющего объем прибора, ионизуются в сильном элсктрич. поле вблизи поверхности острия, отдавая ему свои электроны. Возникшие положит, ионы приобретают под действием поля радиальное ускорение, устремляются к флуоресцирующему экрану (потенциал
к-рого отрицателен) и бомбардируют его. Свечение каждого элемента экрана пропорц. плотности приходящего на него ионного тока. Поэтому распределение свечения на экране воспроизводит в увеличенном масштабе распределение вероятности образования ионов вблизи острия, отражающее структуру поверхности объекта. Масштаб увеличения т примерно равен отношению радиуса экрана R к радиусу кривияны острия г, т. е. т≈Л/г.
Вероятность прямой ионизации атома (молекулы) газа электрич. полем оказывается значительной, если на расстояниях порядка размеров атома (молекулы) газа созда╦тся падение потенциала порядка ионпзац. потенциала этой частицы (см. Ионизация полем]. Это значит, что напряж╦нность поля должна достигать ^(2≈6) -10е В/см, т. е. 20≈00 В/им. Столь сильное поле легко создать у поверхности острия (на расстоянии 0,5≈1 нм от не╦) при достаточно малом радиусе кривизны поверхности ≈ от 10 до 100 нм. Именно поэтому (наряду со стремлением к большим увеличениям) образец и И. п. изготовлен в виде топкого острия.
Вблизи острия элоктрич. поле неоднородно ≈ над ступеньками крн-сталлич. реш╦тки или отд. выступающими атомами его локальная напряж╦нность увеличивается; на таких участках вероятность ионизации полем выше и количество попов, образующихся п единицу времени, больше. На экране эти участки отображаются в виде ярких точек.
I I : I к насосу
Рис. 1. Схема ионного проектора: J ≈ жидкий видород; 2 ≈ жидкий ЯУОТ; о' ≈ остриц; 4 ≈ проводящее кольцо; 5 ≈ экран.
Иными словами, образование контрастного изображения поверхности определяется наличием у не╦ локального микрорельефа. Др. фактором, влияющий на контраст изображения, является электронная природа атома; так, напр., в сплаве Со н Pt более злектро-отрицат. атомы Pt отображаются как яркие точки, а находящиеся рядом атомы Со не видны.
Изображение, формируемое И. н.т характеризуется низкой яркостью! Отдельный выступающий на поверхности образца атом «имитирует» примерно от 1C3 до ID5 ионов/с, к-рые формируют на экране изображение обычно ~1 мм2. Непосредственное фотографирование такого изображения требует времени экспозиции в случае использования водорода или гелия порядка К) ≈ ]0В с при потенциале па эмиттере от 20 до 4 кВ. Следовательно, для наблюдения и распознавания поверхностей, к-рыс нестабильны при приложенном изображающем поле, и фотографирования изображении подобных поверхностей в доли секунды необходимо усиление яркости изображений.
Повышение ионного тока (а следовательно, яркости и контрастности изображении) за сч╦т повышения давления газа и увеличения дпнамич. подачи газа к острию малозффективно и имеет недостатки. Напр., давление обычно не превышает 10 ~3 мм рт. ст., иначе начинается газовый разряд; а усиленная подача газа может привести к разрушению экрана вследствие бомбардировки. Для получения ярких и контрастных изображений в И. и. используются фотоэлектронные усилители яркости, волокопно-оптич. пластины, мпкрокапалыше пластины, а также конвертирование ионного изображения в электронное.
Разрешающая способность И. п. 6 находится в обратной зависимости от тангенциальной составляющей скорости иона, т. е. чем меньше кинетич. энергия иоишу-ющейся частицы, тем выше 6. Поэтому остри╦ И. п. обычно охлаждается до 4≈78 К. При этом увеличивается аккомодация частиц изображающего газа. В сильном
о
209
Физическая энциклопедии, т- 2
