Thursday, October 13, 2011

Elektronmikroskoobid


Elektroni lainepikkus on elektronmikroskoopias tavaliselt 2,4 pikomeetrit, mis üle 100 000 korra väiksem nähtava valguse lainepikkusest ja ~4 korda väiksem väikseimast röngtenkiirguse vahemikku jäävast lainepikkusest (10 pikomeetrit).
Samas sarnaselt valgusega saab elektrone kasutada diffraktsioonimustri saamiseks või objektide illustreerimiseks saates neid lihtsalt materjali suunas tuvastades eemale põrkunud (või vaadeldavat objekti läbinud) elektrone.

Üldine elektroni lainepikkuse kalkulaator.
1000 eV korral on elektroni lainepikkus 38 pikomeetrit.
1 MeV korral on lainepikkus 0,8 pikomeetrit.
1 GeV puhul on lainepikkus ~1 femtomeeter.
1 TeV energiaga saab lainepikkuseks ~1 attomeetri.

Transmissioonelektronmikroskoop (TEM) kasutab elektronkiirt, mis suunatakse läbi materjali olles mõjutatud diffraktsiooni poolt.


Elektronkiir on tavaliselt 100-300 keV energiaga. Sellise energiaga elektronid suudavad kiiresti lagundada paljud materjalid kuid kiirel pildistamisel pole see väga suureks probleemiks. Kuna õhk takistab elektrone, siis on mikroskoobi siserõhk 100 000 paskali asemel 1/10 000 paskalist. Elektronide liikumist saab kontrollida magnetvälja ja elektrilise väljaga. Magnetväli paneb elektrone tiirlema. Elektrilise väljaga saab elektrone tõmmata positiivse laengu suunas ning eemale negatiivsest laengust. Kõrvale kaldunud elektrone saab blokeerida näiteks metalliga. 
Uuritav objekt hajutab elektrone veidi eri suundades ning alati pole vaja Bragg'i seadusega kirjeldatavate nurkade all tekkinud intentsiivsemaid signaale leida kuigi neid võib leida. 
Elektronid reageerivad tugevamalt raskemate elementidega seosega prootonite arv ruudus. Elektronide läbivuseks peaks uuritav objekt olema kuni mõnesaja nanomeetri paksune.


Skänneeriv-tunnelmikroskoop (STM) võimaldab üksikuid aatomeid nähtavaks teha. See kasutab elektrilise ja keemilise töötlusega saadud teravat elektrood otsikut mida liigutatakse piesoelektriliselt. Elektrivool mõjutab veidi ainete mõõtmeid ja piisavalt nõrga elektriga saab otsa liigutada nii täpselt, et sellega võib üksikuid aatomeid täpselt soovitud asetusega üksteise kõrvale liigutada. Vaakumi või madalama rõhu tekitamine pole vajalik.
Täpsemate STM täpsus võib tuvastada 10 pikomeetrist sügavuse erinevust, mis on väiksem ka vesiniku 25 pikomeetrisest raadiusest.
Kasutatav terav ots on elektrit juhtivast materjalist. Tekitades selles pinge erinevuse võrreldes uuritava materjaliga võib see otsik hakata materjali aatomite elektrone ligi tõmbama tekitades muutusi voolus. Liigutades otsa materjali kohal saab iga väikse ala kohal tekkinud voolu kõikumise järgi tuvastada pinnal olevate aatomite asukohad.
Mitme otsiku jäämine moonutab pilti ning otsa materjalina on kasutatud süsinik nanotorusid. Väikseimate nähtavate detailide suurus on lähedane otsiku suurusega.
Otsikuteravik võimaldab ka aatomi täpsusega struktuure joonistada ning neid sama otsikuga tuvastada. Üksikmoleke või aatomeid saab liigutada elektrostaatiliselt või iga aine vahel tõmbavalt mõjuva van der Waals'i jõuga.

Kuigi seda ei loeta vist üldiselt mikroskoopiaks, kasutati kiirendites kiirendatud energilisi elektrone kvarkide tuvastamiseks. Ülienergiliste elektronide lainepikkus on väiksem prootoni diameetrist mis võimaldab uurida prootonist väiksemaid objekte kuid sellise energiaga kaasneb tuumade kahjustused ning uute kvargipaaride teke. Selle vaatlusviisi üldnimetus on deep inelastic scattering ning "ebaelastilisus" tähendab, et kokkupõrkel ei säilinud osakeste kineetiline energia ja mingi siseprotsess või osake võis põhjustada osalist energiakadu. 
Kasutatud kiirendi suutis tekitada üle 20 GeV energiaga osakesi. Elektronide trajektoor kõverdus aatomi läbimisel iga energiaga kuid prootonist/neutronist väiksema lainepikkusega läbides hakkasid elektronid ettearvatust rohkem kõrvale kalduma. Kõrvalekalde põhjuseks pakuti massiivseid laenguga osakesi, mis põrgatasid elektrone eemale sarnaselt tuuma avastamisel kasutatud alfa osakeste põrgatamisega. 

No comments:

Post a Comment