Ion projection microscopy using a coaxial structure point source
Microscopie ionique à projection à partir d'une source à structure coaxiale
Résumé
This study is about a coaxial structure ion source based on field ionization. This source is made of an ultra-sharp nanometer size metal tip. The tip is inserted inside a capillary. Gas is supplied onto the tip from a high pressure chamber. This gas is field ionized at the tip apex in an ultra high vacuum chamber. High pressure by the tip results from this structure, keeping a low pressure in the ultra high vacuum chamber where ions therefore freely propagate. Measurements of this local pressure shows a 106 times higher value than that in the ultra high vacuum chamber. This measurement is performed for various flowing regimes inside the capillary and for various gases. The source runs either at room temperature or at lower temperature.
Identification of ions produced from tips made of W, Pt and Pd and for H2, H2O and their mixtures results from mass spectrometry with a home-made instrument. The great variety of produced ions is relevant from a nanometer scale physico-chemistry.
A projection microscope incorporating this source has been built. X 500 000 magnifications and 3 Å resolution were achieved. Beyond the obvious interest of such a microscopy, this proves an ion source virtual size of less than 3 Å opening interesting outlooks in ion optics like FIB for instance.
Identification of ions produced from tips made of W, Pt and Pd and for H2, H2O and their mixtures results from mass spectrometry with a home-made instrument. The great variety of produced ions is relevant from a nanometer scale physico-chemistry.
A projection microscope incorporating this source has been built. X 500 000 magnifications and 3 Å resolution were achieved. Beyond the obvious interest of such a microscopy, this proves an ion source virtual size of less than 3 Å opening interesting outlooks in ion optics like FIB for instance.
Ce travail concerne une source d'ions à structure coaxiale basée sur le phénomène physique de l'ionisation à effet de champ. Cette source est constituée d'une pointe métallique extrêmement fine de dimension nanométrique. La pointe est insérée à l'intérieur d'un capillaire. Ce capillaire assure l'apport de gaz sur la pointe à partir d'un compartiment haute pression. Ce gaz est ionisé au niveau de la pointe par effet de champ dans une enceinte ultra-vide. De cette structure résulte une forte pression en bout de pointe associée à une basse pression dans l'enceinte ultra-vide permettant ainsi une libre propagation des ions. La mesure de cette pression locale montre qu'elle est environ 106 fois la pression dans l'enceinte ultra-vide. Cette mesure est obtenue pour différents régimes d'écoulement dans le capillaire et pour différents gaz. La source fonctionne aussi bien à température ambiante qu'à plus basse température.
La construction d'un spectromètre de masse adapté nous a permis d'identifier les ions produits pour des pointes de natures différentes (W, Pt et Pd) et pour différents gaz (H2, H2O et mélange H2-H2O). La richesse des ions formés relève d'une physico-chimie à l'échelle nanométrique.
Un microscope à projection intégrant cette source a été construit. Des grandissements de 500 000 ont été obtenus avec une résolution de 3Å. Outre l'intérêt évident d'une telle microscopie, ceci démontre une taille de source virtuelle inférieure à 3Å pour la source d'ions ouvrant ainsi des perspectives intéressantes en optique ionique, en FIB par exemple.
La construction d'un spectromètre de masse adapté nous a permis d'identifier les ions produits pour des pointes de natures différentes (W, Pt et Pd) et pour différents gaz (H2, H2O et mélange H2-H2O). La richesse des ions formés relève d'une physico-chimie à l'échelle nanométrique.
Un microscope à projection intégrant cette source a été construit. Des grandissements de 500 000 ont été obtenus avec une résolution de 3Å. Outre l'intérêt évident d'une telle microscopie, ceci démontre une taille de source virtuelle inférieure à 3Å pour la source d'ions ouvrant ainsi des perspectives intéressantes en optique ionique, en FIB par exemple.
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