場致發射顯微鏡
眾所周知,在尖端帶電導體上突出的部分帶有非常高的電場.而場致發射顯微鏡就是其中很重要的套用.這些是場致發射顯微鏡拍到的圖片
讓我們來構想這種顯微鏡的原理主要是依靠極細小的針尖會產生一個輻射狀的高強電場,如果電勢達到了足夠高的話.這種電場(約高達4000v/cm)會迫使電子從針尖飛出並且沿著電場線加速有點像電視顯像管一般,四散的電子打在螢光塗層上顯示出圖像.這種"電視"的影響是360度環繞的.當然,電子從針尖跑到塗層,兩個球面積之比就是放大的倍數.這似乎可以人為的任意通過控制面積比來控制放大的倍數.
電子-內部結構模型圖負電壓
E
螢光層
然而問題比我們想像棘手得多.電子總是難以"乖乖"地沿著電場線直接跑到塗層上,這就為成像造成了很多的混亂.而電子較強的波動性也會增加測量的不準確性.
電子的衍射
一個好的想法卻在實踐環節遇到了挑戰,然而挑戰並不足以讓我們停滯不前.當我們顛倒電極方向,就會得到就會得到高得多的解析度.而事實上科學家並沒有直接借用電子--他們實際上用的方法是在金屬針和螢光層的腔內充滿He--He在如此強的電場下會分離出一個電子.這種做法實際是利用He離子的量子力學波長比電子小得多.這就使得解析度大大的提升啦.
而此時放大的倍數竟然達到了1000000倍--十倍電子顯微鏡之巨!人類甚至可以藉助場致發射顯微鏡直接觀察原子!
通過如此簡單的構造卻能製造出如此高精的儀器,的確不得不令人折服!
