микроскопия, полевая ионная сокр., ПИМ (англ. field ion microscope сокр., FIM) — микроскопия поверхности образца, имеющего форму острой иглы, основанная на использовании эффекта полевой десорбции атомов «изображающего» газа, адсорбирующихся на исследуемую поверхность.

Описание

Полевая ионная микроскопия была изобретена Э. Мюллером в 1951 г. Установка для полевой ионной микроскопии схематически показана на рис. 1а. Основными ее элементами служат образец в виде острой иглы, находящийся под высоким положительным потенциалом (1–10 кэВ), и флуоресцентный экран, в современных установках замененный на микроканальную пластину, которые помещаются в откачиваемую камеру. Камера заполнена «изображающим» газом, обычно гелием или неоном при давлении от 10–5 до 10–3 Торр. Образец охлаждается до низких температур (~20–80 К).

Принцип формирования изображения проиллюстрирован на рис. 1б. Изображающий газ вблизи иглы поляризуется в поле, а поскольку поле неоднородно, то поляризованные атомы газа притягиваются к поверхности иглы. Адсорбированные атомы могут ионизироваться за счет туннелирования электронов в иглу, и образовавшиеся ионы ускоряются полем в сторону экрана, где и формируется изображение поверхности-эмиттера. Разрешение полевого микроскопа определяется термической скоростью изображающего иона и при охлаждении иглы до низких температур может составлять до 0,1 нм, т. е. иметь атомное разрешение (рис. 2).

Ограничения на материал иглы те же, что и для полевого эмиссионного микроскопа; вследствие этого большинство исследований с помощью полевого ионного микроскопа связано с тугоплавкими металлами (W, Mo, Pt, Ir). Наиболее яркие результаты, полученные с помощью полевой ионной микроскопии, относятся к исследованию динамического поведения поверхностей и поведения атомов на поверхности. Предметом изучения служат явления адсорбции и десорбции, поверхностная диффузия атомов и кластеров, движение атомных ступеней, равновесная форма кристалла и т. д.

Иллюстрации

Рис. 1. а — Экспериментальная установка для полевой ионной микроскопии; б — схематическая
Рис. 1. а — Экспериментальная установка для полевой ионной микроскопии; б — схематическая диаграмма, иллюстрирующая процесс получения изображения в микроскопе [2].
Рис. 2. Изображение в полевом ионном микроскопе вольфрамовой иглы радиуса 
Рис. 2. Изображение в полевом ионном микроскопе вольфрамовой иглы радиуса ~12 нм, полученное при температуре 21 К [3].

Авторы

  • Зотов Андрей Вадимович
  • Саранин Александр Александрович

Источники

  1. Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. и др. Введение в физику поверхности / Под ред. В. И. Сергиенко. — М.: Наука, 2006. — 490 с.
  2. Tsong T. T., Chen C. Dynamics and diffusion of atoms at stepped surfaces // The chemical physics of solid surfaces. — Amsterdam: Elsevier, 1997. V. 8: Growth and properties of ultrathin epitaxial layers / Ed. by D.A. King, D. P. Woodruff. P. 102–148.
  3. Tsong T. T., Sweeney J. Direct observation of the atomic structure of W(100) surface // Solid State Commun. 1979. V. 30, №7. P. 767–770.

Напишите нам