ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ ΔΡ. ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΜΠΙΝΑΣ Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Κρήτης Thl Crete Center for Quantum Complexity and Nanotechnology Department of Physics, University of Crete Transparent Conductive Materials Institute of Electronic Structure & Laser IESL Foundation for Research and Technology - FORTH

2 Τι είναι η ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ? Πόσο είναι το μικρότερο αντικείμενο που μπορεί να δεί κανείς? Αν μπορούμε να το δούμε, τότε πόσο καθαρά και τι πληροφορίες μπορούμε να αποκομίσουμε? Πως δημιουργήθηκε η ανάγκη για το συνθετότερο, πολύπλοκο και ακριβό Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο?

3 Εύρος Η/Μ Φάσματος

4 Εύρος Η/Μ Φάσματος Αύξηση Δ.Ι. Ελάττωση λ

5 Εύρος Η/Μ Φάσματος Διαπερνούν την ύλη Ελάχιστη απορρόφηση ή διάθλαση

6 Εύρος Η/Μ Φάσματος

7 Εύρος Η/Μ Φάσματος λ<300nm Δύσκαμπτες ακτίνες

8 Μικροσκόπιο Ακτίνων Χ ή Προβολικό Μικροσκόπιο Σημείου Ιδανική Λύση ΑΛΛΑ δεν είναι γνωστή καμία ουσία που θα κάμπτει ή να ανακλά τις ακτίνες Χ, σε τέτοιο βαθμό να μπορεί να σχηματισθεί είδωλο. προβολικό μικροσκόπιο σημείου Απλή γεωμετρική αρχή: ένα αντικείμενο που φωτίζεται από μία σημειακή πηγή φωτός ή πηγή ακτίνων Χ σχηματίζει μία σκιά πάνω σε μία οθόνη.

9 Μικροσκόπιο Ακτίνων Χ ή Προβολικό Μικροσκόπιο Σημείου προβολικό μικροσκόπιο σημείου

10 Μικροσκόπιο Ακτίνων Χ ή Προβολικό Μικροσκόπιο Σημείου προβολικό μικροσκόπιο σημείου Πλεονεκτήματα / Μειονεκτήματα Δεν υπάρχουν φακοί Οι ακτίνες Χ διαπερνούν την ύλη, εμφανίζουν λεπτομέρειες που το φώς δεν ανίχνευε (ανίχνευση αδιάφανων λεπτών υμενίων) Η Δ.Ι. αυτής της μεθόδου περιορίζεται από το μέγεθος και τις διαστάσεις της σημειακής πηγής Οι πηγές ακτίνων Χ είναι κατά πολύ εντονότερες και πιο ισχυρές αυτών του φωτός Δ.Ι. ~0.1 μm Διάμετρος δέσμης 1nm Φθορίζουσα οθόνη

11 Modern X-ray Microscopy

12 Modern X-ray Microscopy

13 Modern X-ray Microscopy Sub,micron XCT

14 Modern X-ray Microscopy

15 Modern X-ray Microscopy

16 Modern X-ray Microscopy

17 Modern X-ray Microscopy Fresnel zone plates FZP

18 1 st Transmission X-ray Microscope Modern X-ray Microscopy Scanning Transmission X-ray Microscope

19 Modern X-ray Microscopy

20 Modern X-ray Microscopy

21 Modern X-ray Microscopy

22 Modern X-ray Microscopy

23 Καθοδικοί Σωλήνες / ακτίνες Αbbe: η εξέλιξη του μικροσκοπίου σύντομα θα τελματωθεί λόγω της έλλειψης ακτινοβολίας με κατάλληλο μικρό μήκος κύματος Ανάπτυξη των βασικών χαρακτηριστικών του Η.Μ. (Ηλεκτρικές εκκενώσεις, μέσα σε σωλήνες χαμηλής πίεσης, μεταξύ καθόδου και ανόδου χρησιμοποιώντας υψηλές ηλεκτροστατικές τάσεις) Κατασκευάσθηκαν οι καθοδικοί σωλήνες και μελετήθηκε ένα είδος άγνωστων τότε ακτίνων που ο Goldstein ονόμασε καθοδικές ακτίνες Παρατήρησαν ότι κινούνται ευθύγραμμα αλλά μπορούν να εκτραπούν από ηλεκτροστατικά και μαγνητικά πεδία μια και φαίνεται να φέρνουν αρνητικό φορτίο.

24 1899, Weichert Εξέλιξη Μικροσκόπίου Καθοδικοί Σωλήνες / ακτίνες παρατήρησε ότι μπορούσε να τις συγκεντρώσει και να τις εστιάσει τοποθετώντας ένα ομοαξονικό πηνίο γύρω από τον καθοδικό σωλήνα. Σωλήνες Braun

25 Όλα τα απαραίτητα εξαρτήματα ενός Η/Μ ήταν ήδη γνωστά: Πηγή Εστίαση Προβολή σε φθορίζουσα πλάκα

26 Κύματα Ηλεκτρονίων Κβαντική Θεωρία Max Plank Θεωρία Σχετικότητας Albert Einstein Σύνδεση κινούμενων ηλεκτρονίων με την ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος

27 Σύλληψη της Ιδέας H. Busch, 1926 «κίνηση των ηλεκτρονίων υπο την επίδραση εξωτερικού μαγνητικού πεδίου» ΙΔΕΑ: Χρήση μαγνητικού πεδίου ως φακού για την εστίαση ηλεκτρονίων!!!! Max Knoll και Ernst Ruska, 1932 in High Voltage Laboratory at West Berlin (Nobel Prize in Physics 1089) Κατασκευή πρώτου ΤΕΜ

28 Μαγνητικοί Φακοί Στους καθοδικούς σωλήνες η τοποθέτηση ενός πηνίου εξωτερικά του σωλήνα εστιάζει την δέσμη ηλεκτρονίων σπαταλάτε μεγάλη ποσότητα μαγνητικού πεδίου, μια και οι δυνάμεις δεν είναι συγκεντρωμένες και αρκετά πυκνές εκεί που χρειάζονται στον άξονα του πηνίου Χρήση ενός πυρήνα από μαλακό σίδηρο, με την βοήθεια του οποίου παρατηρήθηκε μεγάλη βελτίωση στην ένταση και την ευθυγράμμιση των δυναμικών γραμμών του πεδίου κατά μήκος του άξονα πεδίου

29 ΠΡΟΒΛΗΜΑ Καταστροφή και αλλοίωση δειγμάτων

30 1940 Siemens, AEG, ΖEISS χρηματοδότησαν έρευνα για την βελτίωση του Η.Μ (Θερμαντικό νήμα για κάθοδο ένα συγκεντρωτικό φακό δύο προβολικούς, Δ.Ι. = 100Ǻ) 1950, Siemens UM Siemens Elmiskop I με 2 συγκεντρωτικούς και 3 προβολικούς φακούς Δ.Ι. = 10Ǻ 1961 Siemens Elmiskop IA με Δ.Ι. = 4Ǻ

31

32

33

34

35

36