 |
میکروسکوپ های الکترونی روبشی با اسکن با پرتوهای الکترونی پر انرژی از نمونه ها عکس می گیرند. برهمکنش‌های الکترونی بعدی سیگنال‌هایی مانند الکترون‌های ثانویه و پس پراکنده تولید می‌کنند که حاوی اطلاعاتی در مورد توپوگرافی سطح نمونه هستند. از لنزهای الکترومغناطیسی برای متمرکز کردن این پرتو الکترونی به نقطه ای به عرض حدود 10 نانومتر در سطح نمونه استفاده می شود.
ذرات (الکترون ها) از نزدیک مرز پایینی فضای شبیه سازی آزاد می شوند و از یک کولیماتور عبور می کنند. این کولیماتور معمولاً می تواند برای حذف الکترون های سرگردان تنظیم شود. یک سیم پیچ DC ساده یک میدان مغناطیسی محوری تولید می کند. این میدان مغناطیسی ناهمگن و متقارن دورانی باعث می‌شود که الکترون‌های غیر محوری نیروی شعاعی را تجربه کنند که باعث می‌شود آنها حول محور بچرخند. همانطور که آنها شروع به مارپیچی می کنند، یک جزء سرعت بزرگتر عمود بر میدان مغناطیسی عمدتا محوری دارند، بنابراین شعاع مسیر مارپیچی یا مارپیچ آنها کاهش می یابد. بنابراین، یک پرتو موازی از الکترون‌هایی که وارد عدسی می‌شوند به یک نقطه همگرا می‌شوند.
اگر ناحیه ای که در آن میدان مغناطیسی روی الکترون ها اثر می کند به اندازه کافی کوچک باشد، این سیم پیچ به عنوان یک عدسی محدب “نازک” عمل می کند و بیان عدسی نازک برقرار است.
یک مدل ساده برای آزمایش نیروی مغناطیسی در رابط Charged Particle Tracing تنظیم شده است. معادلات حل شده معادله حرکت یک ذره باردار در میدان مغناطیسی (نیروی لورنتس) است:
که در آن q (واحد SI: C) بار ذره است، v (واحد SI: m/s) سرعت ذره و B (واحد SI: T) چگالی شار مغناطیسی است. کل کار انجام شده روی یک ذره توسط یک میدان مغناطیسی صفر است.
چگالی شار مغناطیسی در شکل 1 نشان داده شده است . قدرت لنز به پیکربندی سیم پیچ و جریان بستگی دارد. عدسی‌های درون میکروسکوپ‌های الکترونی عموماً بسیار قوی هستند و در برخی موارد پرتو الکترونی را درون خود عدسی متمرکز می‌کنند.
شکل 2 مسیرهای الکترون را هنگام حرکت در سیم پیچ ترسیم می کند. الکترون ها در نقطه ای در امتداد محور z متمرکز شده اند . فاصله کانونی توسط:
که در آن K بر اساس هندسه سیم پیچ و تعداد دورها ثابت است، V ولتاژ شتاب دهنده و i جریان سیم پیچ است. فاصله کانونی با انرژی الکترون (یعنی V ) افزایش می یابد زیرا سرعت بالای آنها به این معنی است که زمان کمتری را صرف تجربه نیروی ناشی از میدان مغناطیسی می کنند. با این حال، با افزایش جریان، قدرت میدان مغناطیسی نیز افزایش می یابد. بنابراین الکترون‌ها در مسیرهای تنگ‌تر مارپیچ می‌شوند و فاصله کانونی را نزدیک‌تر می‌کنند.
هنگامی که پرتوهای ذرات باردار آزاد می شوند، از متغیرهای سراسری اضافی برای تعریف ویژگی های پرتو مانند تابش و پارامترهای Twiss استفاده می شود. این متغیرهای سراسری را می توان برای مشخص کردن شکل یک پرتو و توزیع فاز-فضای عرضی ذرات پرتو استفاده کرد. در شکل 3 ، پرتاب بیش از حد در طول مسیر پرتو متوسط به عنوان یک بیان رنگ و به عنوان یک بیان شعاع لوله رسم شده است. مسیر اسمی اندکی پس از ورود به عدسی به حداکثر ضخامت خود می رسد و به نظر می رسد در محلی که پرتو متمرکز شده است از بین رفته است.
توانایی تغییر فاصله کانونی لنز مفید است زیرا علاوه بر تنظیم بزرگنمایی، امکان فوکوس روی سطح را نیز فراهم می کند. اثر فوکوس را می توان در شکل 4 مشاهده کرد که نقشه پوانکاره از موقعیت ذرات را در سه عکس فوری مختلف در زمان نشان می دهد. وضوح کراس اوور را می توان با استفاده از چندین لنز بهبود بخشید.
شکل 4: نقشه پوانکاره از مکان ذرات در صفحه xy در ابتدا (قرمز)، در نقطه کانونی عدسی (آبی) و در آخرین مرحله زمانی (سیاه).
1. ام جی پریچارد، دستکاری اتم های فوق سرد با استفاده از میدان های مغناطیسی و نوری ، پایان نامه دکترا، دانشگاه دورهام، سپتامبر 2006، http://massey.dur.ac.uk/resources/mjpritchard/thesis_pritchard.pdf .
هندسه سیم پیچ با استفاده از استوانه ساخته شده است و به عنوان یک فایل جداگانه در کتابخانه برنامه موجود است. دنباله هندسه آماده شده را از فایل وارد کنید. می توانید دستورالعمل ایجاد هندسه را در پیوست مطالعه کنید.
2 |
1 |
لبه های مرجع را برای محاسبه مسیر جریان برای سیم پیچ دایره ای مشخص کنید. برای به دست آوردن بهترین نتایج، لبه های انتخاب شده باید شعاع نزدیک به شعاع سیم پیچ متوسط داشته باشند. در این صورت لبه های ایجاد شده برای این منظور را در مراحل قبل انتخاب کنید.
1 |
5 | در نوار ابزار هنجار چگالی شار مغناطیسی (mf) ، روی  Plot کلیک کنید . تصویر حاصل را با شکل 1 مقایسه کنید . |
3 |
4 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
8 |
2 |
1 |
4 |
7 | در نوار ابزار Average Beam Position and Hyperemittance ، روی  Plot کلیک کنید . تصویر حاصل را با شکل 3 مقایسه کنید . |
اکنون یک نقشه پوانکاره بسازید تا توزیع شعاعی ذرات را در ابتدا، در نقطه کانونی و در خروجی حوزه مدلسازی تجسم کنید.
6 |
1 |
