Новые возможности электронных микроскопов в современном научном и технологическом приборостроении
Исследователями Алматинского университета энергетики и связи им. Г. Даукеева реализован проект по изучению новых возможностей повышения разрешающей способности электронных микроскопов.
В настоящее время электростатические электронно-оптические системы (ЭОС), такие как электронные зеркала и электронные линзы, в том числе катодные линзы, стали незаменимыми структурными элементами современного научного и технологического приборостроения, определяющими качество таких приборов как масс-спектрометры и электронные микроскопы, электронные пушки различных назначений и пр.
Реальное конструирование таких приборов требует предельно точного расчета фокусирующих свойств всех элементов, в том числе и учета релятивистских эффектов, что особенно важно при расчете электронно-оптического тракта электронного микроскопа.
Известно, что разрешающая способность электронного микроскопа жестко ограничена двумя естественными причинами: с одной стороны – сферическая и отверстая хроматическая аберрации объектива, вынуждающие резко ограничить размеры апертурной диафрагмы, с другой – дифракционное рассеяние электронов, существенно возрастающее с уменьшением апертурной диафрагмы.
Следовательно, для повышения разрешающей способности электронного микроскопа существует два способа: либо увеличивать числовую апертуру путем коррекции основных типов геометрических аберраций объектива, либо уменьшать длину волны де Бройля, путем увеличения энергии освещающих объект электронов.
Практическая реализация каждого из этих способов, очевидно, сопряжена с решением непростых научно-технических проблем.
Очевидно, что технические возможности повышения ускоряющего напряжения не беспредельны, поэтому повышение разрешающей способности путем коррекции геометрических аберраций электронных линз остается одной из наиболее актуальных проблем современной электронной микроскопии. К настоящему времени достигнуты значительные успехи в разработке различного типа корректоров аберраций, позволяющих одновременное устранение сферической и хроматической аберраций объективной линзы электронного микроскопа.
Однако, в известных работах не учитывается влияние релятивистских эффектов на качество фокусировки таких корректоров аберраций, что необходимо для высоковольтной электронной микроскопии высокого и ультравысокого разрешения, особенно при тончайших расчетах корректоров основных типов аберраций.
В исследовании казахстанских учёных для создания релятивистской теории фокусировки и пространственных аберраций электростатических электронных зеркал и электронных линз, в том числе катодных линз, использован «метод центральной частицы», позволяющий преодолеть указанные трудности.
Результаты выполненных исследований открывают новые возможности повышения разрешающей способности и чувствительности электронных микроскопов и времяпролетных масс-рефлектронов, в том числе при учете влияния релятивизма и ширины зазора между электродами на качество их фокусировки.
Полученные результаты и формулы могут быть использованы при разработке новых схем электронных приборов и устройств, таких как высоковольтные электронные пушки различного назначения, корректоры сферохроматических аберраций электронных линз для нужд высоковольтной электронной микроскопии, масс-анализаторы времяпролетных масс-рефлектронов и др. Необходимо отметить, что при учете релятивистских эффектов качество электронного изображения может быть существенно улучшено за счет уменьшения основных сферохроматических электронно-оптических аберраций в сочетании с естественным уменьшением дифракционного рассеяния.
Научный проект АР 08855808 «Разработка теории фокусировки и аберраций электронных пучков релятивистских энергий в электростатических линзово-зеркальных системах и расчет электронных зеркал реальных конструкций»
Научный руководитель Бимурзаев Сейткерим Бимурзаевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры IT инжиниринг
