4 – ננוטכנולוגיה – מיקרוסקופ אלקטרוני

1. 4 – ננוטכנולוגיה – מיקרוסקופ אלקטרוני Schechner (c) Chap. 5 Michsur

2. מיקרוסקופ בנראה מיקרוסקופ אלקטרוני • טיפול החומר במרחקים ננומטרים • חקירת חומר הנמצא בממדים ננומטרים • שימוש בחומר כזה מה זה ננוטכנולוגיה? Schechner (c) Chap. 5 Michsur

3. 1 -זווית התבדרות "מתוכננת" 2 - זווית התבדרות “Diffraction Limited” D s bdiff l bdiff ~ D מדוע יש לכל מקור"זווית התבדרות" b מדוע יש גבול ל"כושר הבחנה", ליכולת הפרדה בין שתי נקודות קרובות בעצם? http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction Schechner (c) Chap. 5 Michsur

4. המינימה נוצרת בגלל אינטרפרציה הורסת DL חישוב DL =l/2 = D/2(sin a’) a’ l/D = sin a’ DL D רוחב הסדק קרינה באורך גל l מינימה בתאורה מסך גדלים גיאומטרים לחריץ מלבני של הדיפרקציה Schechner (c) Chap. 5 Michsur

5. a’= b/2 1.22 l sin a’= D גדלים גיאומטרים לחריץ עגול של הדיפרקציה http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/phyopt/cirapp2.html טבעות במקום פסים 85 % מהאנרגיה Airy Disk rspot = f sin a’= 1.22 f l/D Schechner (c) Chap. 5 Michsur

6. http://www.olympusmicro.com/primer/java/diffraction/index.htmlhttp://www.olympusmicro.com/primer/java/diffraction/index.html מסקנה: היכולת של אופטיקה למקד מוגבלת ע"י הדיפרקציה. אופטיקה טובה, מעשית, היא diffraction limited rspot = f sin a’= 1.22 f l/D עבודה באורך גל קטן מאפשרת מיקוד טוב יותר Schechner (c) Chap. 5 Michsur

7. Two adjacent points are just resolved when the centers of their Airy patterns are separated by a minimum distance, DA- equal to the radius rspot ) of the central disk in the Airy pattern) קריטריון ההבחנה של Raileigh The minimum resolvable detail when: the first diffraction minimum of the image of one source point coincides with the maximum of another. rspot = f sin a’ = 1.22 f l/D ככל שאורך הגל קטן יותר, כושר ההבחנה גדול יותר Schechner (c) Chap. 5 Michsur

8. קריטריון ההבחנה של Raileigh המקסימה של 2 נופלת על המינמה של 1 Maximum 2 2 1 Minimum 1 DA = rspot Schechner (c) Chap. 5 Michsur

9. http://www.olympusfluoview.com/java/resolution3d/ NA = D/2f התחל באורך גל ארוך. קבע את כושר ההבחנה. רד באורך הגל. קבע את ההבחנה מכאן החיפוש אחרי אורכי גל קצרים יותר ויותר Schechner (c) Chap. 5 Michsur

10. RZ2 En = - n2 4.2 - אורך גל של אלקטרון: הפוסטולט הראשון במודל של Bohr אלקטרון באטום מימן יכול להימצא ברמות אנרגיה מוגדרות. כאשר n הוא כל מספר שלם גדול מ-1 R הוא הקבוע שלRydberg הוא המספר האטומי של הגרעין Z ReV =13.607 eV המספר הקוונטי הראשי Stationary States ההצדקה של de Broglie: האלקטרונים מתנהגים כמו גלים עומדים Schechner (c) Chap. 5 Michsur

11. פתיחת ההיקף של האורביטלות שעבורם n = 1 עד n=4 n =1 n =2 n =3 n =4 הפעל http://www.colorado.edu/physics/2000/quantumzone/debroglie.html אורך הגל של de Broglie http://online.cctt.org/physicslab/content/PhyAPB/lessonnotes/dualnature/deBrogliewaves.asp diagrams courtesy of Paul G. Hewitt Schechner (c) Chap. 5 Michsur

12. לכל החלקיקים (אלקטרונים, אטומים, יונים, פרוטונים, נאוטרונים) יש התנהגות של גל, כמו הפוטונים הנחות של de Broglie • לכל החלקיקים יש • E אנרגיה • p תנע • אורך גל n תדירות p = mv עבור אלקטרון מואץ אורך הגל קטן, ככל שהמתח עולה Schechner (c) Chap. 5 Michsur

13. נחשב את אורך הגל של אלקטרון מואץ V = 104 V קרני X האלקטרונים בוואקום יכולים להיות מואצים עד כדי קבלת כושר הבחנה גדול, בסדרי גודל, מהאפשרויות שיש לנו בתחום האלקטרו-אופטי ואפילו מזה של קרני X ניתן לקבל רצף של אורכי הגל – המקור: אנרגיה קינטית של האלקטרון אבל, איך בונם "עשדות" לאלקטרונים? Schechner (c) Chap. 5 Michsur

14. חשמלית טבעת טעונה שלילית. מרכזת אלומה מקבילה ל"מוקד" - - עדשות לאלקטרונים חשמליות ומגנתיות אלומה מקבילה של אלקטרונים מואצים במהירות אחידה Schechner (c) Chap. 5 Michsur

15. מרכזת מפזרת קווי שדה עדשות אלקטרוניות Dr. Marx http://www.siu.edu/-cafs/surface/file4.html Schechner (c) Chap. 5 Michsur

16. מעבר בין הרשתות משנה את רכיב המהירות בכיוון y ולא משפיע על כיוון x sina = vx /v1 sinb = vx /v2 (mv12 )/2 + eV = (mv22 )/2 עדשה אלקטרונית רשת טעונה V0 רשת טעונה sin a/sin b = v2 /v1 http://www.siu.edu/~cafs/surface/file4.html Schechner (c) Chap. 5 Michsur

17. מתח גבוה Thermionic Cathode עדשה 1 condenser דוגמה נבדקת עדשה 2 Objective עדשה 3 Projector למשאיבה חלון צפיה מסך קתודולומינסנטי Transmission Electronic Microscope,TEM (1931) מרגישים באלקטרונים שחוצים את הדוגמה. מתאים לדגמים "שקופים" מתקינים מצלמה, עיבוד תמונה Schechner (c) Chap. 5 Michsur

18. אלומת אלקטרונים תא וואקום קליטה של אלקטרונים מוחזרים Scanning Electron Microscope SEM תותח אלקטרוניים עדשות הארה סלילי הטעיה התמונה נבנית ע"י סריקה. האלקטרונים פוגעים, כל פעם, בנקודה אחרת של הדוגמה. יש הטיה לציר X ולציר Y מסונקרנת לצג. עדשה סופית דוגמה גלאי בודד http://acept.la.asu.edu/PiN/rdg/elmicr/elmicr.shtml Schechner (c) Chap. 5 Michsur

19. Backscattered Electrons SEM קרני X TEM תופעות במיקרוסקופים אלקטרוני SEM Reflected Electrons TEM Incident Beam SEM Incident Beam Auger Electrons Secondary Emission Electrons Sample (Absorbed Electrons) Transmitted Beam Elastic Scatered electrons Inelastic Scatered electrons Schechner (c) Chap. 5 Michsur

20. Samples SEM images of carbonized (PAN) electrospun nanofibers at different magnifications. Schechner (c) Chap. 5 Michsur

21. NaCl Crystal X-ray spectrum Na, Cl, Si, K, Au Schechner (c) Chap. 5 Michsur

22. Table 2. Variation of Electron Wavelength with applied voltage 1 2 3 4 5 6 7 Schechner (c) Chap. 5 Michsur

23. יצירת קרני X ההסתברות להמצאות של אלקטרון פנימי במקום כלשהו מהגרעין תלוי במטען של הגרעין X-Ray hn' X-Ray hn +Z לכן, ההפרש של האנרגיה הנפלטת במעבר מרמה אחת לשניה אופיינית למטען של הגרעין, כלומר מזהה את היסוד Schechner (c) Chap. 5 Michsur

24. Characteristic X-Rays http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/xrayc.html#c1 Schechner (c) Chap. 5 Michsur

25. http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/AtomicStructure/AtNum-Moseley.htmlhttp://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/AtomicStructure/AtNum-Moseley.html תוצאות מקוריות n = k(Z – s)√ Schechner (c) Chap. 5 Michsur

26. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/moseley.htmlhttp://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/moseley.html Schechner (c) Chap. 5 Michsur