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低能电子点投影显微镜(low-energyelectronpointsourcemicroscope)使用几十到几百电子伏特的低能场发射电子束成像,可用于观察纳米尺度样品具有原子级分辨率的投影像和电子全息像,具有成像方便和对样品破坏性小的特点。投影显微镜可用于观察部分相干电子束与微观物体相互作用后产生的干涉条纹,从而提供了一种判断电子束相干特性的方法,为寻找具有发射相干电子能力的新型高亮度相干场发射电子源提供了条件。
本文报道了一台实验室研制的低能电子投影显微镜的基本构造,并利用这台显微镜获得了多壁碳纳米管的投影像,实验中获得的最大放大倍数为43600倍,分辨率为10nm量级。我们分析了在理论上和实验上影响投影显微镜分辨率的因素,认为投影显微镜分辨率由场发射针尖发射角与作为电子源的针尖与待观测样品的距离决定,并受系统真空和系统内电场和磁场分布的影响。
用此仪器研究了组装在钨针尖上的单根开口和闭口多壁碳纳米管的场发射特性。实验表明,单根多壁碳纳米管具有较低的开启电压,其结构在场发射过程中可能发生变化。通过碳管端口的透射电镜照片和场发射图像估算的碳纳米管的虚源尺寸和场发射角,并由此计算了单根多壁碳纳米管的场发射亮度、时间相干长度和空间相干长度,并计算了在现有实验条件下观察到电子束相干条纹的必要条件,探讨了单根碳纳米管作为高亮度相干电子源的可能性。