Feldionen Mikroskop (inArbeit)

Grundlage: Das Feldionen-Mikroskop (FIM) wurde von E.W. Müller aus dem ebenfalls von ihm erfundenen >Feldelektronen Mikroskop (FEM)< entwickelt. Beim FIM werden Ionen zur Abbildung benützt. Die Verwendung von Ionen statt Elektronen bietet einige Vorteile, vor Allem das gesteigerte Auflösungsvermögen das unter geeigneten Betriebsbedingungen die Abbildung einzelner Atome ermöglicht. Zu der Zeit seiner Entwicklung war das Feldionen-Mikroskop das einzige Gerät dass die direkte Abbildung von Atomen erlaubte.
Zur Erzeugung der Ionen wird das FIM mit einer Gasfüllung von etwa 10^-3 mBar und positiv gepolter Spitze betrieben. Die Atome des Füllgases , meist Helium, werden durch die hohe Feldstärke and der Spitze ionisiert und auf den Leuchtschirm beschleunigt. Für diese Feldionisation werden wesentlich höhere Feldstärken als bei der Feldemission sodass bei positiv gepolter Spitze eine Spannung von etwa 20 kV (circa 4..6 kV beim FEM) angelegt werden muss. Trotzdem sind die Ströme und auch die Leuchtkraft der Bilder im FIM wesentlich geringer als im FEM. Zum Vergleich konnten FEM-Bilder mit 1600 ASA, Blende 2,8 unter einer Zeit von 1/500 Sekunden aufgenommen werden, beim FIM-Betrieb wurde bei sonst gleichen Einstellungen eine Belichtungszeit von 30 Sekunden nötig.

Experiment:
Für erste Versuche wird die Röhre des Feldelektronen Mikroskops verwendet und einfach das Netzgerät umgepolt. Allerdings kann man bei diesem Aufbau kaum atomare Auflösung erwarten. Trotzdem sind interessante Aufnahmen möglich. Es ist aber zu beachten dass der Bildschirm der verwendeten Röhre nicht aluminisiert ist. Bei moderne Oszi- oder Bildröhren ist die Fluoreszenzschicht oft mit einer Aluschutzschicht gegen auftreffende Ionen überzogen, in unserer Anwendung wollen wir das gerade nicht, die Ionen sollen die Leuchtschicht erreichen, ansonsten würde das ohnehin lichtschwache Bild noch dunkler. Das rechte Bild wurde mit einer Spannung von 20 kV bei einem Heliumdruck von etwa 10 ^-4 mbar aufgenommen. Der Hintergrunddruck vor dem Einlassen des Heliums betrug 5x10^-6 mbar .Die einzelnen hellen Punkte auf der Oberfläche sind wohl adsorbierte Atome des Hintergrundgases.Die Wolframatome der Spitze werden nicht aufgelöst. Für eine bessere Auflösung wäre ein besseres Vakuum und vor Allem eine Kühlung der Spitze notwendig.

Das nebenstehende animated GIF besteht aus 16 Einzelaufnahmen die im Abstand von einer Minute aufgenommen wurden. Man sieht wie sich die Belegung der Spitze durch die hohe Feldstärke ändert (Feldverdampfung) und man sieht einzelne Atome, oder Atomgruppen (durch gelbe Kreise verdeutlicht) über die Oberfläche wandern. Bei diesen Aufnahmen betrug der Heliumdruck ebenfalls 10^-4 mbar, die Spitzenspannung aber 23 kV.