موضوع مقاله: میکروسکوپ الکترونی فوتوگسیل | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # میکروسکوپ الکترونی فوتوگسیل | مقدمه: PEEM ضریب را به طور غیرمستقیم با جمع‌آوری الکترون‌های ثانویه نشر شده که در پی ایجاد حفره اولیه در فرآیند جذب تولید می‌شوند، اندازه‌گیری می‌کند. | ## بخش 1: میکروسکوپ الکترونی فوتوگسیل | PEEM یک دستگاه حساس به سطح است، زیرا الکترون‌های نشر شده از یک لایه سطحی کم‌عمق منشاء می‌گیرند. در فیزیک، این تکنیک به عنوان PEEM شناخته می‌شود و به‌طور طبیعی با روش‌های پراش الکترونی انرژی پایین (LEED) و میکروسکوپ الکترونی انرژی پایین (LEEM) همراه است. هنگامی که نور UV یا اشعه ایکس توسط ماده جذب می‌شود، الکترون‌ها از سطوح هسته‌ای به حالت‌های خالی برانگیخته شده و حالت‌های خالی هسته‌ای باقی می‌گذارند. فرآیندهای اوژه و پراکندگی الکترون‌های غیرکشسان باعث ایجاد یک آبشار از الکترون‌های کم‌انرژی می‌شوند. طیف گسترده‌ای از الکترون‌ها با انرژی‌هایی بین انرژی تابش و تابع کار نمونه منتشر می‌شوند. با این حال، طول‌موج‌های دیگر (مانند پرتوهای ایکس نرم) در مواردی که اطلاعات تحلیلی موردنیاز باشد، ترجیح داده می‌شوند. ستون نوری الکترونی و وضوح ستون نوری الکترونی شامل دو یا چند عدسی الکترواستاتیکی یا مغناطیسی الکترونی، اجزای اصلاحی مانند استیگماتور و دفلاکتور، و یک روزنه محدودکننده زاویه در صفحه فوکال پشتی یکی از عدسی‌ها است. این وضوح به ویژگی‌های الکترون-نوری وابسته است، مانند انحرافات کروی و گسترش انرژی الکترون‌های فوتو-انتشاریافته. الکترون‌ها به داخل خلاء با توزیع زاویه‌ای نزدیک به یک تابع مربع کسینوس منتشر می‌شوند. الکترون‌های سریع‌تر که دقیقاً از مرکز خط PEEM سطح خارج می‌شوند، همچنین به دلیل انحراف کروماتیک عدسی کاتد، بر وضوح تأثیر منفی می‌گذارند. وضوح به طور معکوس به شدت میدان شتاب‌دهنده در سطح وابسته است اما با افزایش انرژی الکترون‌ها متناسب است. علاوه بر عدسی کاتد یا هدف، که در سمت چپ شکل 4 قرار دارد، دو عدسی دیگر برای ایجاد تصویر از نمونه استفاده می‌شوند: یک عدسی میانه سه‌الکترودی برای تغییر بزرگنمایی کلی بین 100× هنگامی که عدسی غیرفعال است و تا 1000× زمانی که مورد نیاز واقع می شود، به کار می‌رود. در سمت راست شکل 4، پروژکتور قرار دارد که یک عدسی سه‌الکترودی همراه با یک عدسی کاهش‌دهنده دو‌عنصری است. وظیفه اصلی این ترکیب عدسی‌ها کاهش سرعت الکترون‌های سریع 20 کیلوالکترون‌ولت به انرژی‌هایی است که برای آن‌ها صفحه کانال بیشترین حساسیت را دارد. | ## بخش 2: میکروسکوپ الکترونی فوتوگسیل | چنین تقویت‌کننده ای عملکرد بهتری برای الکترون‌های برخوردی با انرژی‌های جنبشی حدود 1 کیلوالکترون‌ولت دارد. فیلتر انرژی می‌توان یک فیلتر انرژی به دستگاه اضافه کرد تا الکترون‌هایی که به تصویر کمک خواهند کرد انتخاب شوند. این گزینه به‌ویژه برای کاربردهای تحلیلی میکروسکوپ PEEM مورد استفاده قرار می‌گیرد. با استفاده از فیلتر انرژی، میکروسکوپ PEEM می‌تواند به‌عنوان تصویربرداری از طیف‌سنجی فوتو-الکترون ماوراء بنفش (UPS) یا طیف‌سنجی فوتو-الکترون ایکس‌ری (XPS) دیده شود. با استفاده از این روش، طیف‌های فوتو-انتشاریافته‌ای با تفکیک فضایی می‌توان به دست آورد که وضوح فضایی در مقیاس 100 نانومتر و وضوح زیر الکترون‌ولت دارند. با استفاده از چنین دستگاهی، می‌توان تصاویر عنصری با حساسیت به وضعیت شیمیایی را به‌دست آورد. همچنین، از آنجا که فوتو-الکترون‌ها تنها در سطح بسیار نازک ماده منتشر می‌شوند، نقشه‌های ترمیناسیون سطحی نیز می‌توانند به‌دست آیند. یک دیتکتور صفحه چندکاناله که توسط دوربین CCD تصویربرداری می‌شود، می‌تواند جایگزین صفحه فسفر شود. PEEM با وضوح زمانی بالا در مقایسه با بسیاری از دیگر تکنیک‌های میکروسکوپ الکترونی، PEEM با وضوح زمانی بسیار بالا که تنها چند فمتوثانیه است. دلیل این امر این است که گسترش پالس الکترونی زمانی موجب کاهش وضوح زمانی نمی‌شود، زیرا الکترون‌ها تنها برای دستیابی به وضوح فضایی بالا استفاده می‌شوند. وضوح زمانی با استفاده از پالس‌های نوری بسیار کوتاه در یک تنظیم پمپ-پروب به‌دست می‌آید. یک پالس اول به‌طور نوری پویایی‌هایی مانند پلاسماهای سطحی را روی سطح نمونه تحریک می‌کند و یک پالس دوم، پس از زمان معینی، این پویایی‌ها را با فوتو-انتشاری الکترون‌ها بررسی می‌کند. با تکرار این آزمایش با یک سری زمان‌های انتظار بین پالس‌های پمپ و پروب، می‌توان فیلمی از پویایی‌های روی نمونه ضبط کرد. در سال‌های اخیر، پالس‌هایی با طول موج‌های کوتاه‌تر برای دسترسی مستقیم‌تر به تحریک الکترونی آنی در ماده استفاده شده‌اند. | ## بخش 3: میکروسکوپ الکترونی فوتوگسیل | در اینجا، یک پالس اول در ناحیه مرئی پویایی‌هایی را در نزدیکی سطح نمونه تحریک می‌کند و یک پالس دوم با انرژی فوتونی که به طور قابل توجهی بالاتر از کارکرد ماده است، الکترون‌ها را منتشر می‌کند. با استفاده از ضبط زمان پرواز یا انرژی بالاتر در PEEM، می‌توان اطلاعاتی درباره توزیع الکترونی آنی در یک نانوساختار با وضوح فضایی و زمانی بالا استخراج کرد. محدودیت‌ها محدودیت عمومی PEEM که با بیشتر روش‌های علم سطح مشترک است، این است که PEEM تنها تحت شرایط خلاء نسبتاً محدود عمل می‌کند. هر زمان که الکترون‌ها برای تحریک یک نمونه یا انتقال اطلاعات از سطح آن استفاده می‌شوند، باید خلاء وجود داشته باشد که مسیر آزاد میانگین مناسب برای الکترون‌ها را فراهم کند. وضوح PEEM به حدود 10 نانومتر محدود است که ناشی از گسترش زاویه انتشار فوتو-الکترون‌ها است. با این حال، ممکن است انجام اندازه‌گیری‌های PEEM با دقت زاویه‌ای و انتخاب انرژی به دلیل کمبود شدت دشوار باشد. میکروسکوپ الکترونی با انرژی پایین (LEEM) و میکروسکوپ الکترونی آینه‌ای (MEM): این دو نوع میکروسکوپ انتشار الکترونی از تفنگ الکترونی برای تأمین پرتوهایی استفاده می‌کنند که به سمت نمونه هدایت می‌شوند، شتاب‌دهی شده و از نمونه بازتابیده یا درست قبل از رسیدن به نمونه بازتاب می‌شوند. در میکروسکوپ الکترونی فوتو-انتشاع (PEEM) از همان هندسه نمونه و عدسی غوطه‌ور استفاده می‌شود، اما تفنگ‌های الکترونی حذف می‌شوند. تکنولوژی‌های جدید PEEM میکروسکوپ الکترونی فوتو-انتشاع با وضوح زمانی (TR-PEEM) برای مشاهده زمان واقعی فرآیندهای سریع روی سطوح با تابش سینکروترونی پالس‌شده برای روشنایی بسیار مناسب است. میکروسکوپ الکترونی فوتوگسیل چند فوتونی PEEM چند فوتونی می‌تواند برای مطالعه تحریکات پلاسما سطحی موضعی در نانوکلسترها یا برای مشاهده مستقیم عمر الکترون داغ در فیلم‌های ساختار یافته با استفاده از لیزرهای فمتوثانیه‌ای به کار رود. PEEM در مایعات و گازهای متراکم توسعه سلول‌های مایع نازک میکروفابریک‌شده در اواخر دهه 1990 امکان تصویربرداری میکروسکوپ عبوری پرتو ایکس از نمونه‌های مایع و گازی محصور شده بین دو غشا را فراهم کرد. در این پیکربندی، سمت خلاء غشای دوم با ماده فوتو-انتشاع پوشانده شده بود و PEEM برای ضبط تغییرات فضایی نور عبوری استفاده شد. تصویربرداری واقعی PEEM از رابط‌های مایع در فوتو-الکترون‌ها از طریق غشاهای فوق‌نازک شفاف به الکترون مانند گرافن به واقعیت پیوسته است. | ## جمع‌بندی | توسعه بیشتر سلول‌های مایع گرافن سازگار با UHV امکان انجام مطالعات الکتروشیمیایی و رابط‌های مایع-جامد برق‌زده را با استفاده از تنظیمات استاندارد PEEM بدون استفاده از پمپاژ تفاضلی فراهم کرده است.