Field-emission microscopy
ફિલ્ડ-એમિશન માઇક્રોસ્કોપી (FEM) એ એક વિશ્લેષણાત્મક તકનીક છે જેનો ઉપયોગ સામગ્રી વિજ્ઞાનમાં સોયની ટોચની સપાટીઓનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે. એફઇએમની શોધ 1936માં ઇર્વિન વિલ્હેમ મુલર દ્વારા કરવામાં આવી હતી, અને તે પ્રથમ સપાટી-વિશ્લેષણ સાધનોમાંનું એક હતું જે નજીકના અણુ રીઝોલ્યુશન સુધી પહોંચી શકે છે. પરિચય માઇક્રોસ્કોપી તકનીકોનો ઉપયોગ ટોચની ટોચની સપાટીની વિસ્તૃત વાસ્તવિક-અવકાશ છબીઓ બનાવવા માટે થાય છે. લાક્ષણિક રીતે, સૂક્ષ્મદર્શક માહિતી સપાટીની સ્ફટિકશાસ્ત્ર (એટલે કે, સપાટી પર અણુઓ કેવી રીતે ગોઠવાય છે) અને સપાટીની આકારવિજ્ઞાન (એટલે કે, સપાટી બનાવતી ભૌગોલિક સુવિધાઓના આકાર અને કદ) સાથે સંબંધિત છે. ફિલ્ડ-એમિશન માઇક્રોસ્કોપી (FEM) ની શોધ 1936માં ઇર્વિન મુલર દ્વારા કરવામાં આવી હતી. એફઇએમમાં, ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જનની ઘટનાનો ઉપયોગ સપાટી પરના વિવિધ સ્ફટિકીય વિમાનોના કાર્ય કાર્યમાં તફાવતને આધારે ડિટેક્ટર પર છબી મેળવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. સેટઅપ અને કાર્યકારી સિદ્ધાંત ફિલ્ડ-એમિશન માઇક્રોસ્કોપમાં ધાતુના નમૂનાનો સમાવેશ થાય છે જે તીક્ષ્ણ ટોચની જેમ આકાર ધરાવે છે અને અલ્ટ્રાહાઇ વેક્યૂમ ચેમ્બરમાં બંધ ફ્લોરોસન્ટ સ્ક્રીન ધરાવે છે. લાક્ષણિક રીતે, આ માઇક્રોસ્કોપમાં ઉપયોગમાં લેવાતી ટોચની ત્રિજ્યા 100 એનએમના ક્રમમાં હોય છે, અને તે ટંગસ્ટન જેવા ઉચ્ચ ગલનબિંદુ ધરાવતી ધાતુથી બનેલી હોય છે. નમૂનાને ફ્લોરોસન્ટ સ્ક્રીનની તુલનામાં મોટા નકારાત્મક સંભવિત (1-10 kV) પર રાખવામાં આવે છે, જે 2-7 x 109 V/m ની ટોચની ટોચની નજીક વિદ્યુત ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે. આ વિદ્યુત ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રોનના ક્ષેત્ર ઉત્સર્જનને ચલાવે છે. ક્ષેત્ર-ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોન ક્ષેત્ર રેખાઓ સાથે મુસાફરી કરે છે અને ફ્લોરોસન્ટ સ્ક્રીન પર તેજસ્વી અને ઘેરા પેચો ઉત્પન્ન કરે છે, જે ગોળાકાર ઉત્સર્જકના સ્ફટિક વિમાનો સાથે એક-થી-એક પત્રવ્યવહાર દર્શાવે છે. ફોલ્લર-નોર્ડહેમ સમીકરણને અનુસરીને ઉત્સર્જન પ્રવાહ સ્થાનિક કાર્ય કાર્ય સાથે મજબૂત રીતે બદલાય છે. તેથી, FEM છબી ઉત્સર્જક સપાટીના અંદાજિત કાર્ય કાર્ય નકશાને પ્રતિબિંબિત કરે છે. સામાન્ય રીતે, પરમાણુની રીતે ખરબચડી સપાટીઓ નજીકથી ભરેલી સપાટીઓ કરતાં ઓછા કાર્ય કાર્યો ધરાવે છે, પરિણામે છબીમાં તેજસ્વી વિસ્તારો બને છે. ટૂંકમાં, સ્ક્રીનની તીવ્રતાના ફેરફારો ટોચની ટોચની સપાટીના કાર્ય કાર્ય નકશાને અનુરૂપ છે. વિસ્તૃતીકરણ ગુણોત્તર દ્વારા આપવામાં આવે છે, જ્યાં ટોચની ટોચની ત્રિજ્યા છે, અને ટીપ-સ્ક્રીન અંતર છે. 105 ના ક્રમમાં રેખીય વિસ્તૃતીકરણ પ્રાપ્ત થાય છે. FEM તકનીકનું અવકાશી રીઝોલ્યુશન લગભગ 1-2 nm છે. તેમ છતાં, જો 1 એનએમ કદના કણને ટોચની ટોચ પર મૂકવામાં આવે, તો વિસ્તૃતીકરણ 20 ના પરિબળથી વધી શકે છે, અને અવકાશી રીઝોલ્યુશન આશરે 0.3 એનએમ સુધી વધારવામાં આવે છે. આ સ્થિતિ સિંગલ-મોલેક્યુલ ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જકોનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, અને FEM નો ઉપયોગ કરીને સિંગલ ફુલરીન મોલેક્યુલ્સમાં મોલેક્યુલર ઓર્બિટલ્સનું નિરીક્ષણ કરવું શક્ય છે. એફ. ઇ. એમ. નો ઉપયોગ એવી સામગ્રી દ્વારા મર્યાદિત છે જે તીક્ષ્ણ ટીપના આકારમાં બનાવી શકાય છે અને ઉચ્ચ વિદ્યુતસ્થૈતિક ક્ષેત્રોને સહન કરી શકે છે. આ કારણોસર, ઉચ્ચ ગલન તાપમાન (દા. ત., W, Mo, Pt, IR) ધરાવતી પ્રત્યાવર્તન ધાતુઓ FEM પ્રયોગો માટે પરંપરાગત પદાર્થો છે. વધુમાં, એફ. ઇ. એમ. નો ઉપયોગ શોષણ અને સપાટીના પ્રસરણ પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે પણ કરવામાં આવે છે, જેમાં શોષણ પ્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલા કાર્ય-કાર્ય પરિવર્તનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. એટોમ પ્રોબ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ ફીલ્ડ આયન માઇક્રોસ્કોપ સપાટી વિશ્લેષણ પદ્ધતિઓની સૂચિ સંદર્ભો ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી તકનીકો માઇક્રોસ્કોપી વૈજ્ઞાનિક તકનીકો