| 21970318 23552 19854 932 1прибора является электронное зеркало, причём одним из электродов служит сам объект, к-рый находится под небольшим отрицат. потенциалом относительно катода пушки. Электронный пучок направляется в зеркало и отражается полем в непосредств. близости от поверхности объекта. Зеркало формирует на экране изображение "в отражённых пучках". Микрополя возле поверхности объекта перераспределяют электроны отражённых пучков, создавая контраст на изображении, визуализирующий эти микрополя.
Перспективы развития Э. м. Повышение PC в изображениях непериодич. объектов до 1 А и более позволит регистрировать не только тяжёлые, но и лёгкие атомы и визуализировать органический мир на атомарном уровне. Для создания Э. м. с подобным разрешением повышают ускоряющее напряжение, разрабатывают ЭЛ с малыми аберрациями, в частности криогенные линзы, в к-рых используется эффект сверхпроводимости при низких темп-pax, работают над созданием методов исправления аберраций ЭЛ и т. д. Исследование механизма формирования частотно-контрастных характеристик изображения в Э. м. привело к разработке методов реконструкции изображения, к-рые осуществляются аналогично тому, как это делается в световой оптике, где подобные методы основаны на Фурье преобразованиях, а соответствующие расчёты производятся на ЭВМ.
Лит.: Eighth international congress on electron microscopy, Canberra, 1974; Стоянов П. А., М о с е е в В. В., Р о з о р е н о в а К. М., Ренский И. С., Электронный микроскоп предельного разрешения ЭМВ-100Л, "Изв. АН СССР. Сер. физическая", т. 34, 1970; Хокс П., Электронная оптика и электронная микроскопия, пер. с англ., М., 1974; Д е р к а ч В. П., К и я ш к о Г. Ф., К у х а р ч у к М. С., Электрон-нозондовые устройства, К., 1974; Стоянова И. Г., А н а с к и н И. Ф., Физические основы методов просвечивающей электронной микроскопии, М., 1972; Oatley С. W., The scanning electron microscope, Camb., 1972; G rivet P., Electron optics, 2 ed., Oxf., 1972. П. А. Стоянов.
Взаимодействие электронов с магнитным моментом ядра парамагнитного атома приводит к появлению в спектре ЭПР сверхтонкой структуры. Если спин ядра /, то количество сверхтонких компонент равно 21 + 1, что соответствует условию перехода ДМ/ = О, где Mi - ядерное магнитное квантовое число (рис. 3,6). Взаимодействие электронов парамагнитной частицы с магнитными моментами ядер окружающих ионов также расщепляет линию ЭПР (суперсверхтонкая структура, рис. 4). Изучение сверхтонкого и суперсверхтонкого взаимодействия даёт возможность определить места нахождения неспаренных электронов.
Парамагнитная релаксация. Ширина линий. Релаксационные процессы, восстанавливающие равновесие в системе электронных спинов, нарушенное в результате поглощения электромагнитной энергии, характеризуются временами релаксации Tt и Тг. Ширина линий поглощения Av связана с временами релаксации соотношением:
&v = (1/Т1 + (1/Т2). (4)
В классич. рассмотрении времена T1и Т2 наз. продольным и поперечным временами релаксации, т. к. они определяют время восстановления равновесного положения продольной и поперечной компонент вектора намагниченности. Т. к. восстановление равновесной величины поперечной компоненты намагниченности происходит благодаря взаимодействию между магнитными моментами парамагнитных частиц (спин-спиновое взаимодействие), то Т2 наз. также временем спин-спиновой релаксации. Восстановление продольной компоненты обусловлено взаимодействием магнитных моментов парамагнитных частиц с колебаниями кристаллической решётки (спин-решёточное взаимодействие). Поэтому время Т1 наз. также временем спин-решёточной релаксации. Оно характеризует скорость восстановления равновесия между спиновой системой и колебаниями решётки.
Спин-спиновое взаимодействие состоит из двух составляющих: диполь-дипольного и обменного взаимодействий. Локальное пол.е, действующее на парамагнитную частицу, складывается из внешнего поля Н и поля Нд, создаваемого диполями (магнитными моментами) соседних парамагнитных частиц. Поле Нд изменяется от точки к точке, т. к. изменяется набор соседних парамагнитных частиц и направление их магнитных моментов, что приводит к уширению линии ЭПР. Обменное взаимодействие, наоборот, стремится упорядочить направления спинов и, следовательно, уменьшает "хаотичность" ориентации магнитных моментов парамагнитных частиц. Поэтому оно приводит к "обменному сужению" линии ЭПР.
Движения ядер парамагнитных центров создают флуктуации электрич. поля, влияющие на орбитальное движение электронов, что, в свою очередь, приводит к появлению флуктуации локального магнитного поля, а следовательно, и к уширению линий ЭПР. Величина спинрешёточного взаимодействия уменьшается при понижении темп-ры, т. к. уменьшается амплитуда тепловых колебаний решётки ядер. Величина спин-спинового взаимодействия от темп-ры практически не зависит. Поэтому для ионов переходных металлов с большим вкладом орбитального момента линию ЭПР удаётся наблюдать только при низких темп-рах. Спектры ЭПР наблюдают при достаточно малой мощности переменного электромагнитного поля (10-2-10-3 вm), когда установившееся состояние мало отличается от равновесного. Если мощность велика и релаксационные процессы не в состоянии восстановить равновесное распределение, то населённости уровней выравниваются и наступает насыщение, обнаруживаемое по уменьшению поглощения (см. Квантовая электроника). Эффект насыщения уровней используется для измерения времён парамагнитной релаксации.
Экспериментальные методы. ЭПР наблюдается в диапазоне СВЧ. Интенсивность поглощения энергии увеличивается с ростом частоты, т. к. в соответствии с (3) при этом увеличивается различие в населённости уровней. Достаточно высокая чувствительность метода достигается на частоте v = 9000 Мгц. Это соответствует Н = 3200 э (величина магнитного поля, легко получаемая в лабораторных условиях). Использование мощных электромагнитов и сверхпроводящих соленоидов позволяет работать на частотах вплоть до v = 150 000 Мгц (длина волны X = 2 мм).
Для измерения поглощения используют радиоспектрометры (спектрометры ЭПР), в к-рых при постоянной частоте и медленном изменении внешнего магнитного поля регистрируется изменение поглощаемой в образце мощности. В спектрометрах ЭПР прямого усиления высокочастотные колебания от клистрона по волноводному тракту подаются в объёмный резонатор (полость размером ~ X), помещённый между полюсами электромагнита. Прошедшие через резонатор или отражённые от него электромагнитные волны попадают на кристаллич. детектор. Изменение поглощаемой в образце мощности регистрируется по изменению тока детектора. Для повышения чувствительности спектрометра внешнее магнитное поле модулируют с частотой 30 гц - 1 Мгц. При наличии в образце поглощения прошедшие или отражённые от резонатора СВЧ-волны также оказываются промодулированными. Промодулированный сигнал усиливается, детектируется и подаётся на регистрирующее устройство (осциллограф или самописец). При этом записываемый сигнал имеет форму производной от кривой поглощения (рис. 4). Чувствительность спектрометра ЭПР определяется уровнем тепловых шумов усилителя. В супергетеродинных спектрометрах на детектор подаётся мощность от дополнительного клистрона. Частота колебаний, генерируемых этим клистроном, отличается от частоты сигнального клистрона. Сигнал с детектора усиливается на разностной частоте 30-100 Мгц.
Применение метода ЭПР. Наиболее хорошо изучены спектры ЭПР ионов переходных металлов. Для того чтобы устранить уширение линии, обусловленное дипольным взаимодействием с соседними парамагнитными ионами, измерения проводят на монокристаллах, являющихся диамагнитными диэлектриками, куда в качестве примесей (0,001% -0,1%)вводят парамагнитные ионы. Влияние окружающих ионов на парамагнитный ион рассматривают как действие точечных электрич. зарядов. ЭПР наблюдают на заселённых нижних энергетич. уровнях парамагнитного иона, получающихся в результате расщепления осн. уровня электрич. полем окружающих зарядов (см. Кристаллическое поле). В случае ионов редкоземельных элементов кристаллич. поле оказывается слабым по сравнению с взаимодействием электронов иона, т. к. парамагнетизм этих ионов обусловлен глубоко лежащими 4 f-элек-тронами. Момент количества движения иона определяется суммой орбитального и спинового моментов осн. уровня. В кристаллич. поле уровни с разной абс. величиной проекции полного магнитного момента не эквивалентны по энергии. Для ионов группы Fe, парамагнетизм к-рых обусловлен 3 d-электронами, кристаллич. поле оказывается сильнее спин-орбитального взаимодействия, определяющего энергетич. спектр свободного иона. В результате макс, величина проекции орбитального момента либо уменьшается, либо становится равной нулю. Принято говорить, что происходит частичное или полное "замораживание" орбитального момента.
Симметрия кристаллич. поля определяет симметрию g-фактора, а напряжённость кристаллич. поля определяет его величину. Поэтому изучение g-фактора парамагнитных ионов позволяет исследовать кристаллич. поля. По спектрам ЭПР можно определить также заряд парамагнитного иона, симметрию окружающих его ионов, что в сочетании с данными рентгеновского структурного анализа даёт возможность определить расположение парамагнитного иона в кристаллич. решётке. Знание энергетич. уровней парамагнитного иона позволяет сравнивать результаты ЭПР с данными оптич. спектров и вычислять магнитные восприимчивости парамагнетиков.
Метод ЭПР широко применяется в химии. В процессе химич. реакций или под действием ионизирующих излучений могут образовываться молекулы, у к-рых хотя бы один электрон не спарен (незаполненная химич, связь). Эти молекулы, наз. свободными радикалами, относительно устойчивы и обладают повышенной химич. активностью. Их роль в кинетике химич. реакций велика, а метод ЭПР - один из важнейших методов их исследования; gr-фактор свободных радикалов обычно близок к значению gs, а ширина линии мала. Из-за этих качеств один из наиболее устойчивых свободных радикалов (а-дифинил- b-пикрилгидразил), у к-рого g = 2,0036, используется как стандарт при измерениях ЭПР.
Изучение локализованных неспаренных электронов исключительно важно для исследования механизмов повреждения биологич. ткани, образования промежуточных молекулярных форм в ферментативном или др. катализе. Поэтому метод ЭПР интенсивно используется в биологии, где с его помощью изучаются ферменты, свободные радикалы в биологич. системах и металлоорганические соединения.
В кристаллах делокализованные электроны и дырки могут захватываться дефектами и примесями, практически неизбежными в кристаллич. решётке. Очень часто эти центры определяют окраску кристаллов (см. Центры окраски). Метод ЭПР позволяет по расположению неспаренных электронов определить природу и локализацию центров окраски. В полупроводниках удаётся наблюдать ЭПР, вызываемый электронами, связанными на донорах.
В металлах и полупроводниках наряду с циклотронным резонансом, обусловленным изменением орбитального движения электронов проводимости под действием переменного электрич. поля СВЧ, возможен ЭПР, связанный с изменением ориентации спинов электронов проводимости. Наблюдение ЭПР на электронах проводимости затруднительно, т. к.: 1) доля неспаренных электронов проводимости мала (~kT/&F, где &F - Ферми энергия); 2) из-за скин-эффекта глубина проникновения ектромагнитного поля в диапазоне СВЧ чрезвычайно мала (~ 10-3-10-6 см); 3) форма линии поглощения сильно искажена из-за скин-эффекта и диффузии электронов.
ЭПР наблюдается в растворах и стёклах, содержащих ионы переходных металлов. Это позволяет судить о заряде парамагнитных ионов, строении сольватных оболочек и т. п. Спектр ЭПР в газах (Ch, NO, МОг) сложнее, что связано со спино-орбитальным взаимодействием, вращат. движением молекул и влиянием ядерного спина.
Лит.: Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп, 2 изд., М., 1972; А б р а г а м А., Б ли ни Б., Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов, пер. с англ., т. 1 - 2, М., 1972 - 73; П е и к Д. Э., Парамагнитный резонанс, пер. с англ., М., 1965; Бальхаузен К., Введение в теорию поля лигандов, пер. с англ., М., 1964; Э т к и н с П., Саймоне М., Спектры ЭПР и строение неорганических радикалов, пер. с англ., М., 1970; И н г р а м Д., Электронный парамагнитный резонанс в свободных радикалах, пер. с англ., М., 1961; Ингрэм Д., Электронный парамагнитный резонанс в биологии, пер. с англ., М., 1972; Людвиг Дж., ВудбериГ., Электронный спиновой резонанс в полупроводниках, пер. с англ., М., 1964. В. Ф. Мещеряков.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРОЕКТОР, автоэлектронный микроскоп, безлинзовый электроннооптич. прибор для получения увеличенного в 105-106 раз изображения поверхности твёрдого тела. Э. п. был изобретён в 1936 нем. физиком Э. Мюллером. Осн. части Э. п.: катод в виде острия с радиусом кривизны кончика ~ 10-7-10-8 л; стеклянная сфе-рич. или конусообразная колба, дно к-рой покрыто слоем люминофора; и анод в виде проводящего слоя на стенках колбы или проволочного кольца, окружающего катод. При прогреве острия его кончик становится монокристаллическим и приобретает округлённую форму. Колба вакуумируется (остаточное давление ~ 10-9-10-11мм рт. ст.). Когда на анод подают положит, напряжение в неск. тыс. вольт относительно расположенного в центре колбы катода-острия, напряжённость электрического поля в непосредств. близости от кончика острия достигает 107-108 в/см. Это обеспечивает интенсивную автоэлектронную эмиссию (см. Туннельная эмиссия) с кончика катода. Электроны, ускоряясь в радиальных (относительно кончика) направлениях, бомбардируя экран и вызывая свечение люминофора, создают на экране увеличенное изображение поверхности катода, отражающее симметрию кристаллич. структуры острия (см. рис. 2 к ст. Ионный проектор). Увеличение в Э. п. равно отношению R/Bг, где R - расстояние катод - экран, г - радиус кривизны острия, Р - фактор, характеризующий отклонение формы эквипотенциальных поверхностей электрич. поля от сферической. Разрешающую способность Э. п. ограничивают наличие тангенциальных составляющих скоростей автоэлектронов у кончика острия и (в меньшей степени) явление дифракции электронов. Предел разрешения Э. п. составляет (2-3)*10-7см.
Э. п. применяется для изучения автоэлектронной эмиссии металлов и полупроводников, определения работы выхода с разных граней монокристалла и пр. Для наблюдения фазовых переходов, изучения адсорбции атомов различных веществ на металлич. или полупроводниковой поверхности и т. д. Э. п. используют весьма ограниченно, т. к. намного большие возможности в этих отношениях даёт применение ионного проектора.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРОЖЕКТОР, см. в ст. Электронная пушка.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕЛЕСКОП, редко применяемое в астрономии назв. телескопа, в к-ром приёмником радиации служит прибор фотоэлектронного изображения, напр. электроннооптический преобразователь.
ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ (ЭУ), электронное устройство для усиления потока электронов на основе вторичной электронной эмиссии. ЭУ либо входит в состав нек-рых электровакуумных приборов (фотоэлектронных умножителей, электроннооптических преобразователей, ряда передающих телевиз. трубок - диссекторов, суперортиконов и др., а также приёмно-усилит. ламп) либо используется как самостоят, прибор - приёмник электромагнитного излучения (в диапазоне длин волн X 0,1- 150 нм) или частиц (электронов с энергиями до неск. десятков кэв, ионов или нейтральных частиц с энергиями до неск. Мэв). Такие приёмники, обычно выполняемые с незащищённым (открытым) входным окном, наз. ЭУ открытого типа. Их используют в установках, работающих в условиях естеств. вакуума (при космич. исследованиях), и в высоковакуумных измерит, устройствах (сканирующих электронных микроскопах, манометрах, масс-спектрометрах).
Различают ЭУ след. осн. типов: умножит, системы на дискретных электродах - динодах; канальные ЭУ (КЭУ) на непрерывных динодах с распределённым сопротивлением; системы из множества параллельных КЭУ, выполненные на основе т. н. микроканальных плат (МКП). В 60-х гг. 20 в. разработаны вакуумно-полупроводниковые ("гибридные") ЭУ, в к-рых используется эффект размножения электронов в электронно-дырочных переходах при бомбардировке полупроводниковых кристаллов, содержащих такие переходы, электронами с энергиями, достаточными для образования в кристалле парных зарядов электрон - дырка. В ЭУ на дискретных динодах (см., напр., рис., т. 27, стр. 606, к ст. Фотоэлектронный умножитель) электроны, ускоренные и сфокусированные электро-статич. (иногда магнитостатич.) полем, ударяются о поверхность динодов, вызывая вторичную электронную эмиссию (коэфф. вторичной эмиссии о = 3-30). КЭУ (см. рис.) представляют собой трубку (канал) из стекла с высоким содержанием свинца либо из керамики - прямую или изогнутую. К трубке прикладывают напряжение в неск. кв, в результате в её полости возникает электростатич. поле. Под действием этого поля попавшие в канал электроны ускоряются и, соударяясь со стенками, вызывают вторичную электронную эмиссию (о = 2). Число актов размножения вторичных электронов и общий коэфф. усиления КЭУ зависят от напряжения, длины трубки, её внутр. диаметра (напр., при длине трубки 20-75 мм, внутр. диаметре 0,5-1,5 мм коэфф. усиления достигает 10s у прямых КЭУ и 107 у изогнутых). ЭУ на МКП представляет собой стеклянную пластину, пронизанную множеством (104 - 106) параллельных отверстий (каналов) диаметром 10-150 мкм, образующих сотовую структуру; коэфф. усиления 104-106.
Одно из специфич. требований, предъявляемых к ЭУ с открытым входом,- способность сохранять рабочие параметры при соприкосновении его эмиттирующих поверхностей с воздухом. Этому способствуют защитные свойства тонкой (2,5-5 нм) окисной эмиссионной плёнки (ВеО, Аl2О3). Катод ЭУ с открытым входом (располагается во входной части) - обычно сплавной (СиВе, AgMgO). Эффективность катода оценивают числом эмиттируемых им электронов в расчёте на 100 квантов падающего электромагнитного излучения (квантовая эффективность) либо в расчёте на 1 бомбардирующую частицу (коэфф. вырывания). Квантовая эффективность для излучения с X = 70 нм составляет ок. 20 (спадая до 0,1 при X = 200 нм), для мягкого рентгеновского излучения - примерно 1-5. Коэфф. вырывания, напр, для катодов на основе AgMgO, растёт с увеличением энергии ионов в диапазоне 2-10 кэв приблизительно от 1 до 5; при дальнейшем росте энергии наступает насыщение.
Лит.: Т ю т и к о в А. М., Электронные умножители открытого типа, "Успехи физических наук", 1970, т. 100, в. 3; Б е р к о в с к и й А. Г., Гаванин В. А., 3 а й д е л ь И. Н., Вакуумные фотоэлектронные приборы, М., 1976. В. А. Гаванин.
ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН ЕДИНАЯ СИСТЕМА (ЕС ЭВМ), комплекс стационарных цифровых вычислительных машин третьего поколения (на интегральных микросхемах) с широким диапазоном производительности (от десятков тысяч до нескольких млн. операций в 1 сек). Разработка и серийное производство ЕС ЭВМ осуществлены совместно специалистами НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР.
Основные характеристики ЭВМ единой системы
Тип
ЭВМ,
страна -
изготовитель,
год
разработки
Параметры ЭВМ
ЕС-1010
ЕС-1020
ЕС-1021
ЕС-1030
ЕС-1040
ЕС-1050
ЕС-1022
ЕС-1032
ЕС-1033
ЕС-1060
ВНР, 1972
СССР, 1971
ЧССР, 1972
СССР,
ПНР, 1971
ГДР, 1971
СССР, 1972
СССР, 1975
ПНР, 1975
СССР, 1977
СССР, 1977
Процессор:
производительность , тыс.
операций в 1 сек
10
20
40
100
350
500
80
200
200
2000
разрядность ...
18
8
64
32
64
64
8
32
32
64
Оперативная память:
ёмкость, кбайт ...
8-64
64-256
16-64
256-512
128-1024
256-1024
128-512
128-1024
512-1024
2048-8192
цикл обращения, мксек
1,0
2,0
2
1,25
1,00
1,25
2
1,2
1,25
0,65
Селекторные каналы:
количество ...
1
2
2
3
6
6
2
3
3
2
скорость передачи, кбайт/сек
200
800
250
800
1250
1250
500
1100
800
1300
Мультиплексный канал:
скорость передачи, кбайт/сек:
монопольный режим
200
100
220
300
670
670
300
470
350
670
мультиплексный режим ...
30
16
35
40
110
110
40
145
70
110
число разделенных подканалов...
135
128
128
128
192
192
128
196
256
224
Потребляемая мощность, ква ...
12
21
13
27
60
100
25
23
25
80
Для ЕС ЭВМ характерны программная совместимость (возможность выполнения программы, составленной для одной модели ЕС ЭВМ, на др. моделях системы), расширенная номенклатура периферийных устройств и развитая система математического обеспечения. Программная совместимость достигается единством принципов построения всех ЭВМ, общей системой кодирования данных и единым составом инструкций; это позволяет иметь общую операц. систему и составлять программы, не ориентированные на конкретную ЭВМ системы. Аппаратные и программные средства обеспечивают работу ЭВМ в режимах |
