Http://www.sci.u-szeged.hu/radio_rekin/radio/educatio.htm
Download
1 / 18

sci.u-szeged.hu/radio\_rekin/radio/educatio.htm - PowerPoint PPT Presentation


  • 66 Views
  • Uploaded on

http://www.sci.u-szeged.hu/radio_rekin/radio/educatio.htm A felülettudomány rövid története és szerepe napjaink technológiájában. Néhány alapfogalom: vákuum, nagyvákuum, ultravákuum szilárdtestkémia szilárdtestfizika vékonyréteg fizika felülettudomány elektronspektroszkópia

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'sci.u-szeged.hu/radio\_rekin/radio/educatio.htm' - tate


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

http://www.sci.u-szeged.hu/radio_rekin/radio/educatio.htm

A felülettudomány rövid története és szerepe napjaink technológiájában

Néhány alapfogalom:

vákuum, nagyvákuum, ultravákuum

szilárdtestkémia

szilárdtestfizika

vékonyréteg fizika

felülettudomány

elektronspektroszkópia

pásztázó atomszondás mikroszkópia

adszorpció, deszorpció

adszorpciós hely, centrum

felületi rekonstrukció, relaxáció

korrozió, katalízis, bevonatok

nanorészecskék, egyelektron eszközök

mikro- és nanoelektronika


vákuum, vákuumtechnika, vákuumipar

atmoszféra

(nano-mbar)

10–9 mbar 10-6 mbar 10-3 mbar 1 mbar 103 mbar

1960 1900 1800 1650

ultravákuum nagyvákuum vákuum

rotációs

abszorpciós

iongetter

titánszublimációs

krio(ab)szorpciós

turbomolekuláris

olajdiffúziós

vákuumszivattyúk

vákuummérők

gyártmányokhoz

kapcsolódó

vákuum

ionizációs hővezetőképesség

Bayard-Alpert cső Piráni

kapacitív, piezoelektromos nyomásérzékelők

ultravákuum technológia

nanoelektronika

nagy integráltságú áramkör

nanotechnológia

ürtechnika

izzólámpa

rádiócsövek

tranzisztor, integrált áramkör

mikroelektronikai ipar

kisülési csövek

neonok, reklámcsövek


ultravákuumtechnikai ipar (UHV technika)

a vákuumtechnika rohamos fejlődését és iparággá fejlődését alapvetően ösztönözte az izzólámpagyártás valamint a tv-rádió gyártásban alkalmazott eletroncsövek (dióda, trióda, pentóda) előállításának tömegigénye; az 1950-es években megjelent mikroelektronika (dióda, tranzisztor gyártás) szükségessé tette a vákuumtechnika további fejlesztését, s így átléptünk az ultravákuum technika korába;

UHV technikára szakosodott világcégek létrejötte

Vacuum Generators Ltd.

Kurt Lesker Company

Balzers Ltd., Kratos Ltd

Leybold Ltd, stb.

nagyfokú szabványosítás,

modulrendszerű építkezés

beszállítói hálózat kiépítése

szakkatalógusok megjelenése

internetes tájékoztatás


UHV alkatrész csoportok I.

vákuumszivattyúk

UHV kamratestek

rotációs

iongetter

turbomolekuláris


UHV alkatrész csoportok II.

vákuummérők

ion források

Piráni mérők

betekintő ablakok

ionizációs mérők

szelepek


UHV alkatrész csoportok III.

elektromos bevezetők

manipulátorok

További lehetséges alkatrészek:

UHV kompatilis ragasztó és kenő anyagok, fém-üveg átmenetek, olajszűrők, hűthető-fűthető minta-tartók, a mérési feledathoz szükséges analizátorok (tömegspetrométek, elektron-energia analizátorok, párologtató források, kifűtő sátrak.


Legfontosabb elektronenergia analizátorok

Félgömb analizátor (hemispherical analyzer) HA /UPS, XPS, ESCA

Hengertükör analizátor (cylindicar mirror analyzer) CMA /AES, ELS

Fékező rácsos analizátor (retarding field analyzer) RFA /AES-LEED

127o-os analizátor / HREELS, ARUPS


az UHV kompatíbilis felületanallitikai nagyberendezésekben végezhető kutatási és fejlesztési munka elengedhetetlen eszközei

nagytisztaságú anyagok (sokszor szilárdtest egykrisytályfelületek) és gázok

(pl. 5N tisztaság legalább 99.9998 %

tömegszázalékos tisztaságot jelet)

az alábbi néhány legfontosabb felületanalitikai módszer közül legalább két-hármat kombinálni kell egy készülékben

AES (Auger-elektron spektroszkópia), SAM (pásztázó Auger-elektron mikroszkópia)

XPS-UPS-ESCA (fotoelektron spektroszkópia), MS-TPD (termikus deszorpciós tömegspektrometria), SPM (pásztázó atomszondás mikroszkópia), RAIRS (reflexiós abszorpciós infravörös spektroszkópia), HREELS (nagyfelbontóképességű elektronenergiaveszteségi spektroszkópia), SIMS (szekundérion tömegspektrometria), LEED (kis energiájú elektron diffrakció), RHEED (reflexiós nagyenergiájú elektrondiffrakció), NEXAFS (abszorpciós-él finomszerkezet röntgen-fotoelektron spektroszkópia);

a minták kezeléséhez feltétlenül szükséges egy megfelelő fűthető mintatartó valamint egy kisenergiájú Ar ionágyú a felületi szennyezések leporlasztására


  • ALBA, nagyberendezésekben végezhető kutatási és fejlesztési munka elengedhetetlen eszközeiBarcelona, SpainANKA, Karlsruhe, Germany

  • BESSY, Berlin, Germany

  • DELTA, Dortmund University, Germany

  • DESY, Hamburg, Germany

  • DIAMOND, Oxon, UK

  • ELSA, Bonn University, Germany

  • ESFR, Grenoble, France

  • NSA, University of Aarhus, Denmark

  • LURE, Orsay, France

  • MAX-LAB, Lund University, Sweden

  • SLS, Villigen, Switzerland

  • SRS, Daresbury, UK

Az elemi részecskék tanulmányozására kialakított részecske gyorsítók lehetővé tettek egy speciális alkalmazást, nevezetesen az igen széles frekvencia tartományban jó intenzitású fotonnyalábot biztosító szinktrotront, amely lényegében egy speciális elektrongyorsító kiegészítve foton-kicsatolást lehetővé tevő munkaállomásokkal (folytonos frekvencia színkép, nagy intenzitás)

Trieste

Barcelona

3. kiszolgáló épületek

2. tároló gyűrű

1. lineáris gyorsító


A szinkrotron forrás (tárológyűrű) köré települt munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve


LINAC munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve Például:Maximum Beam Energy 2 GeV ; Injection Beam Energy 1.0 GeV

Current at 80 ns 30 mA; Energy Spread < ± 0.5 %

Az így létrehozott elektron-impulzus csomagot bejuttatják a tárológyűrűbe (injektálás), fokozatosan növelik az energiáját, stabilizálják, majd mágneses kicsatolással elektromágneses sugárzást (foton nyalábot) állítanak elő, amely megfelelő kezelés (fokuszálás, monokromatizásálás) után a munkaállomásokra kerül, s gerjesztő fotonokként szolgál különböző fotoelektronspektroszkópiai módszerekhez.


Lorentz munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve törvény

A munkaállomások kezdő pontja, az energia kicsatolást végző „undulátor” alapelve:

Az elektron mozgása Mágneses térben

Z

Dipole

Figyelem: az x-irányú sebesség kezdetben zéró, de az eltérrülés előrehaladtával megnő

N

e-

S

S

X direction out of screen

Bo (-ve)

Dipole

S

Electron

Trajectory

Bo (+ ve)

X


Az emittált foton karakterisztikus energiájának értéke munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve

ec – karakterisztikusfoton energia [keV]

E – elektron energia [GeV]

Bo – mágneses indukció [Tesla]

e

=

2

0

.

665

B

E

c

o

Dipol sugárzás

Arc

q

munkaállomás

Tároló gyűrű

e-pályat

gyorsuló töltés által kibocsájtott foton emisszió

(eltérítő mágnes okozta sugárzás)

minden gyorsuló töltött részecske elektromágneses sugárzást bocsájt ki

Dt = 0 pillanatnyi emisszió

Emission Cone

Opening Angle a

e-

a

Az emissziós pont

érintője

S

Instantaneous Emission Point

X

A teljes eltérítés (körív) során létrejött fotoemisszió

e-

sugárzási kúp


Alkalmazott mágnes anyagok : munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve NdFeB, Sm2Co17

Dte

e-

megfigyelő

t1

a

görbületi sugár

a

A kimenet mindenképpen egy alátószögre terjed ki

Fourier

transzf.

Mágneses

eltérítő

A kibocsájtott sugárzás jellegzetességei

undulator

a megfigyelő által látott

elektromos tér

E(t)

a fotoemisszió

intenzitása

Dtd

karakterisztikus energia

e

t1

ec

Time

A Fourier transzformáció (FT) alapvető tulajdonsága az, hogy minél keskenyebb az impulzus, annál szélesebb az FT során megjelenő frekvecia tartomány


Relativis munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve ztikus hatás

A GeV energiájú elektronok erősen relativisztikusan viselkednek (a Newton törvények nem érvényesek).

Vezessük be a relativisztikus paramétert: g, ahol

gértéke meghatározza a sugárzás szögdiszperzitását:

a = 1/ g [radians]

E = 3GeV esetén g = 5871

így a = 0.17 mrad = 0.01°

L = L0k

relativisztikus távolságcsökkenés

v2

1 -

k =

c2

m0

m =

relativisztikus tömegnövekedés

k


Lorentz munkaállomások (beamline) előre meghatározott, speciális anyagtudományi célra építve lu

kontrakció

Doppler-hatás lu

Combined lr

Effect

~GeV energia esetén 2g2 ~10

vagyislu ~ mm lr~A

qmax

S

max eltérülés

qmax = K / g

7

X

°

K eltérülési paraméter

K = 0.0934 lu [mm] Bo [T]

Milyen lesz az indukált foton sugárzás jellege ?

K << 1: nagyon kis mágneses tér

nagyon rövid periodicitáslu

az undulátor (kicsatoló) alapelve

ellentétes irányban eltérítő mágnesek sorozata

Z

lu

x (N periódus)

É

D

É

D

É

D

e-

S

D

É

D

É

D

É

Tehát makroszkopikus mágnes sorozat hatására nm-es hullámhosszban kapunk elektromágneses sugárzást.


A szinkrotron források müködéséhez szükséges legfontosabb fizikai elvek összefoglalása

tekintve, hogy a felgyorsított elektronok sebessége a működési energiákon akár 99.99999 %-ra megközelíti a fénysebességet, igy az ebből adódó hatások figyelembevétele elkerülhetetlen

Mágneses eltérítés által indukált elektromágnese sugárzás:

mágneses térben a törltött részecskék gyorsulnak és eközben eletromágneses sugárzást (fotonokat) keltenek

Relativisztikus hatás: fénysebesség közelében az elektron tömege a relativitás elmélet alapján jelentősen nő, s ezt a elektron nyaláb „kezelésekor” figyelembe kell venni. Továbbá, a nagy sebessége miatt az álló tárgyakat sokkal rövidebbnek „látja” az elektron, mint az álló tárgy kordináta rendszerében lenne (Lorentz-kontrakció).

Doppler effektus: A sebesség következtében, hasonlóan a hanghullámok esetéhez, a mozgó tárgyról (a nagy energiájú elektron) kibocsátott hullám rekvenciája megnő (hullámhossza lecsökken) az álló megfigyelő számára.


Néhány fontos kutatási téma, amelyek csak szinkrotron-források

mellett művelhető

  • Nagyon gyors és nagy laterális felbontásó XPS UPS mérések

  • Molekulaszerkezeti vizsgálatok fotodiffrakciós mérésekkel

  • Egyéb diffrakciós mérések szilárdtestfelületeken

  • Felületi reakciók „real time” követése

  • Nanoszerkezetek tanulmányozása fotoelektronspektroszkópiával

  • Komplex molekulák szerkezete EXAFS, NEXAFS módszerekkel

  • Gyógyszer-, fehérje-, génkutatás


ad