Основы геометрической электронной оптики

Под геометрической электронной оптикой понимают описание движения электронов в электрическом и магнитном полях в случаях, когда взаимодействием электронов можно пренебречь и когда практически еще не проявляются их волновые свойства, т.е. электроны можно рассматривать как материальную частицу. Кроме того, ограничимся рассмотрением нерелятивистской электронной оптикой, когда массу электрона можно считать постоянной и равной массе покоя.

Между закономерностями движения заряженных частиц в электрических и магнитных полях и законами движения световых лучей в оптических средах имеется аналогия.

Как известно, в основе геометрической оптики лежат три положения.

1. Прямолинейность распространения светового луча в среде с постоянным показателем преломления.

2. Закон преломления (отношение синусов углов падения и преломления равно отношению показателей преломления).

3. Закон отражения (угол падения луча на границу раздела сред равен углу его отражения).

Скорость электрона пропорциональна корню квадратному из напряжения. В электрическом поле показатель преломления пропорционален корню квадратному из потенциала.

Из принципа наименьшего действия и принципа Ферма для светового луча следуют закономерности для электронной оптики, аналогичные сформулированным выше. Поэтому при рассмотрении движения электронных пучков можно пользоваться методами световой оптики. В частности, можно представлять электрические и магнитные поля играющими такую же роль, как линзы для света.

Но наряду с аналогией между электронной и световой оптикой имеются и существенные различия.

· Отдельные лучи в световом пучке независимы, а электроны всегда взаимодействуют друг с другом.

· В световой оптике показатель преломления меняется скачком на границе раздела сред, а в электронной оптике – изменяется плавно.

· Диапазон изменения показателя преломления в электронной оптике безграничен, а в световой оптике – порядка нескольких единиц.

· Энергия электронов в электронных линзах может изменяться, в то время как энергия квантов сета остается неизменной.

· Скорость электрона пропорциональна показателю преломления, а скорость света в среде обратно пропорциональна показателю преломления.

В принципе любое аксиально-симметричное электрическое или магнитное поля являются электронными линзами. В случае электрических полей такие линзы образуются комбинацией электродов, имеющих общую ось симметрии.

В случае же магнитных полей для этого применяются катушки, чаще всего оснащенные магнитопроводами. Конфигурация элементов электронно-оптической системы может быть весьма разнообразной, но среди них можно выделить типичные и наиболее часто встречающиеся.

Электронный парамагнитный резонанс

Углеродные нанотрубки

Кантилеверные сенсоры на основе высокомолекулярных и биополимерных систем

Метод ЯГР - спектроскопии

Физические основы Оже-спектроскопи и нейтронографии

Вернуться в оглавление: Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении