Техника - молодёжи 1954-11, страница 7

чается сравнение изображений, полученных с .помощью микроскопа нового типа.

Чистый монокристалл, например вольфрамовый, дает в этом микроскопе картину, изображенную в заголовке вверху. На ней можно различить лишь несколько размытых областей пониженной эмиссии/ Эти области соответствуют плоскостям кубически центрированного кристалла. Структуру же самой поверхности, представленную на рисунке для отдельных областей сегмента моделями, рассмотреть на электронном портрете невозможно. Разрешающей способности микроскопа еще недостаточно, чтобы показать кристаллическую решетку, расстояния в которой «порядка 3 ангстрем.

Чистая металлическая поверхность, показанная на этом рисунке, сохраняется долго только при самом глубоком вакууме и при нагревании металла почти до точки плавления. Если же в вакуумной трубке содержатся хотя бы малейшие остатки газа, то молекулы последнего осаждаются (адсорбируются) на поверхности металла и могу г совершенно изменить его электронный портрет. Внизу на рисунке в заголовке изображено то же самое вольфрамовое острие, на короткое «время подвергшееся действию кислорода под очень небольшим давлением.

Чувствительность электронного изображения острия к самому тонкому адсорбционному слою мшено использовать для исследования процессов, происходящих в этом слое. По электронному изображению можно судить, какой газ адсорбировался на острие, какими точками он удерживается и какова толщина адсорбированного слоя. При постепенном нагревании острия можно проследить происходящие при этом в слое изменения. Подобным же образом можно наблюдать тепловые движения тонких металлических слоев, адсорбированных острием. При этом иногда удается увидеть даже отдельные атомы. Для этого необходимо только, чтобы исследуемая частица с радиусом, большим или по крайней мере не меньшим, чем радиус атома материала катода, располагалась отдельно, как показано на рисунке 2. При этом получается как бы местное острие с повышенной плотностью тока эмиссии и атом на экране изображается в виде светлого размытого пятна.

Возможность непосредственно на-, блюдать процессы, происходящие на поверхности металла, открывает новому микроскопу широкую область применения. Упомянем (вкратце лишь некоторые из проблем, для исследования которых пригоден этот прибор. Сюда относится определение скоростей диффузии (металлов в собственных или чужих кристаллических решетках, изучение диффузии примесей в металлах, наблюдение за ростом так называемых деухразмер-ных кристаллов, исследование реакций в адсорбированных слоях и т. Д-

ИОНЫ РАБОТАЮТ В МИКРОСКОПЕ

Увеличить мощность микроскопа — значит, вообще говоря, повысить его разрешающую способность. Микроскоп, о котором мы рассказали, имеет разрешающую способность от

15 до 20 ангстрем. Чтобы добиться еще большей разрешающей способности, нужно применить либо более тонкое металлическое острие, либо еще более высокие напряжения. И тот и другой пути имеют свои естественные пределы. С одной стороны, очень трудно получить острие с радиусом меньше 10-—⁸ см, так как подобные острия утолщаются даже при умеренном нагревании.

Put. 2. Схема образования атомом вещества (1)» осевшего на поверхность металла (2), участка повышен-* ной эмиссии электронов

Рис. 3. Одна и та же поверхность в электронных (вверху) и в протонных (вниз у) лучах.

С другой стороны, с повышением напряжения чрезмерно возрастает сила тока эмиссии на острие; последнее при этом нагревается и в конце концов разрушается. Таким образом, оба пути не могут «дать значительного повышения мощности микроокопа.

Пришлось искать третий путь.

Опыты со снятием сорбционного слоя при положительном заряде острия натолкнули на мысль о полу

чении изображения острия с помощью потока положительных ио-повиъротонов. Принцип протонного микроскопа остается таким же, как и для описанного уже электронного микроскопа. Однако работа с таким микроскопом представляет еще большие трудности. -Прежде всего, напряжение поля, необходимое для отрыва адсорбированных ионов от острия, больше напряжения, необходимого для получения достаточной элекг тронной эмиссии. Кроме того, на монокристаллическом острие может адсорбироваться только ограниченное количество ионов или атомовт при одноатожюм слое около 10¹⁴ атомов бария на 1 кв. см. При десорбции (улетучивании) ионов получается очень короткий импульс тока, которого недостаточно, чтобы дать четкое изображение на экране или фотопластинке. Для того чтобы получить достаточно четкое изображение острия, адсорбция атомов должна очень быстро чередоваться с десорбцией ионов. Для этого в трубку ионного микроскопа впускают определенное, очень небольшое количество газа. Это количество отмеривается таким образом, чтобы, несмотря на высокие напряжения, газовых разрядов не получалось. При этом часть газа адсорбируется на сегменте острия. Затем к острию подводится соответствующее высокое напряжение, адсорбированные атомы ионизируются и отрываются от острия, чтобы лететь практически прямолинейно к отрицательному полюсу — экрану. На освободившиеся -вследствие десорбции места могут тотчас же адсорбироваться новые атомы или молекулы газа, чтобы тотчас же ионизироваться и оторваться под действием ноля. На катоде (экране) большая часть летящих от острия ионов разряжается и возвращается © газовое пространство, замыкая цикл.

Несмотря на этот прием, получаемые изображения ©се же остаются очень слабыми. Однако разрешающая способность ионного микроскопа сравнительно с описанным электронным «получается значительно выше, так что на изображении видны даже ступени решетки металла. Понятие о «мощности ионного микроокопа дает рисунок 3, на котором а*зо-бражено одно и то же вольфрамовое острие, причем верхняя фотография снята с помощью электронов, а нижняя —- с помощью ионов водорода.

Большая -мощность ионного микроскопа оч-йвидна, хотя условия фотографирования были далеко не идеальными. Вследствие механических сотрясений при выдержках, по необходимости больших, некоторые видимые на экране подробности изображения получились очень смазанными. Но даже ори очень -критической оценке разрешающую способность ионного микроскопа можно считать равной 3—4 ангстремам.

Ионный микроскоп — это одао из самых последних достижений современной физики. При дальнейшем техническом совершенствовании этого «прибора можно ожидать еще большего повышения его разрешающей способности. Тогда можно будет путем непосредственного наблюдения изучить (мноше явления физики твердого тела, ов настоящее время исследуемые только косвенными способами.