DE102016110301B3 - Method for generating an electron beam and / or electron pulse and an electron source and their use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und/oder eines Elektronenpulses, bei dem eine sich verjüngende metallische Struktur (14) mit einer Nanospitze (15) zum Abgeben von Elektronen verwendet wird, die metallische Struktur (14) als eine Kathode (11) verwendet wird, eine Spannung an die metallische Struktur (14) angelegt wird, und mit einem ersten Lichtstrahl (19) die metallische Struktur (14) bestrahlt wird. Um eine höhere zeitliche Auflösung zu ermöglichen ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Struktur (14) mit einem weiteren Lichtstrahl (25) bestrahlt wird, wobei aufgrund der Bestrahlung der metallischen Struktur (14) mit dem ersten Lichtstrahl (19) und dem weiteren Lichtstrahl (25) der Elektronenstrahl und/oder der Elektronenpuls erzeugt wird.The invention relates to a method for generating an electron beam and / or an electron pulse, in which a tapered metallic structure (14) with a nanotip (15) for emitting electrons is used, the metallic structure (14) being a cathode (11). is applied, a voltage is applied to the metallic structure (14), and with a first light beam (19), the metallic structure (14) is irradiated. In order to enable a higher temporal resolution, the method is characterized in that the metallic structure (14) is irradiated with a further light beam (25), due to the irradiation of the metallic structure (14) with the first light beam (19) and the other Light beam (25) of the electron beam and / or the electron pulse is generated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen mindestens eines Elektronenstrahls und/oder eines Elektronenpulses, bei dem eine sich verjüngende metallische Struktur mit einer Nanospitze zum Abgeben von Elektronen verwendet wird, die metallische Struktur als eine Kathode verwendet wird, eine Spannung an die metallische Struktur angelegt wird, und mit einem ersten Lichtstrahl die metallische Struktur bestrahlt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Elektronenquelle zum Erzeugen mindestens eines Elektronenstrahls und/oder Elektronenpulses mit einer Kathode, die eine sich verjüngende metallische Struktur aufweist und eine Nanospitze zum Abgeben von Elektronen hat, mit einem ersten Lasersystem zum Bestrahlen der metallischen Struktur mit einem ersten Lichtstrahl.The invention relates to a method for producing at least one electron beam and / or one electron pulse, wherein a tapered metallic structure having a nanotip for discharging electrons is used, the metallic structure being used as a cathode, a voltage is applied to the metallic structure , and with a first light beam the metallic structure is irradiated. Furthermore, the invention relates to an electron source for generating at least one electron beam and / or electron pulse having a cathode having a tapered metallic structure and a nanotip for discharging electrons, with a first laser system for irradiating the metallic structure with a first light beam.
Ein derartiges Verfahren bzw. eine entsprechende Elektronenquelle ist aus der
Darüber hinaus ist es bekannt, eine Elektronenquelle und/oder ein Elektronenmikroskop zu verwenden, um Strukturen mit atomarer räumlicher Auflösung zu untersuchen. Zeitlich hoch aufgelöste Untersuchungen können mittels eines Lasers durchgeführt werden, die aufgrund breiter Spektren und/oder kurzer Wellenlängen eine Pulsdauer im Bereich von Femtosekunden (Abkürzung: fs) und darunter ermöglichen.Moreover, it is known to use an electron source and / or an electron microscope to study atomic spatial resolution structures. High-resolution investigations can be carried out by means of a laser which, due to broad spectra and / or short wavelengths, allows a pulse duration in the range of femtoseconds (abbreviation: fs) and below.
Um gleichzeitig eine hohe räumliche und eine hohe zeitliche Auflösung zu ermöglichen, kann die räumliche Auflösung von einer Elektronenquelle, insbesondere einem Elektronenmikroskop, mit der zeitlichen Auflösung und/oder Pulsdauer von Lasern verbunden werden. Bei derartigen sogenannten ultraschnellen Elektronenmikroskopen können kurze Elektronenpulse mittels Photoemission aufgrund eines ultrakurzen Laserpulses erzeugt werden. Eine solche Photoemission ist beispielsweise aus P. Dombi et al., Ultrafast strong-field photoemission from plasmonic nanoparticles, Nano Letters 13 (2013), S. 674–678 bekannt. Hierbei kann die zeitliche Auflösung des Laserpulses, zumindest in erster Näherung, auf den Elektronenpuls übergehen. Mit dem ultrakurzen Elektronenpuls kann eine Probe bestrahlt werden, wobei vorzugsweise die Probe zuvor mittels mindestens einem zweiten ultrakurzen Energiepuls und/oder Elektronenpuls angeregt wurde. Mittels der Variation der Verzögerung zwischen dem Eintreffen der beiden Pulse auf der Probe kann die zeitliche Entwicklung der Probe untersucht werden.In order to simultaneously enable a high spatial and a high temporal resolution, the spatial resolution of an electron source, in particular an electron microscope, with the temporal resolution and / or pulse duration of lasers can be connected. In such so-called ultrafast electron microscopes, short electron pulses can be generated by means of photoemission due to an ultrashort laser pulse. Such a photoemission is known, for example, from P. Dombi et al., Ultrafast strong-field photoemission from plasmonic nanoparticles, Nano Letters 13 (2013), pp. 674-678. In this case, the temporal resolution of the laser pulse, at least in a first approximation, pass to the electron pulse. With the ultrashort electron pulse, a sample can be irradiated, wherein preferably the sample was previously excited by means of at least a second ultrashort energy pulse and / or electron pulse. By varying the delay between the arrival of the two pulses on the sample, the temporal evolution of the sample can be studied.
Insbesondere bei einzelnen bekannten Elektronenquellen, wie beispielsweise aus der
Für räumlich hoch auflösende Projektionsbilder ist ein möglichst geringer Abstand zwischen der Elektronenquelle und einer Probe notwendig. Insbesondere ist wünschenswert, dass der Abstand nur wenige hundert Nanometer beträgt. Auch für zeitlich hoch aufgelöste Messungen sollte der Abstand zwischen der Elektronenquelle und der Probe möglichst klein sein, was beispielsweise in dem in
Insbesondere bei einer starken Fokussierung des elektronenauslösenden Lichtstrahls und/oder Laserpulses zur Verkleinerung des Lichtflecks am Ort der Auslösung der Elektronen ist zwar ein geringerer Abstand zwischen der Elektronenquelle und der Probe realisierbar, jedoch nimmt hierbei der Öffnungswinkel des Lichtkegels zu. Dieser Lichtkegel, insbesondere mit einem Öffnungswinkel von einigen 10°, muss frei gehalten werden und steht somit nicht zur Platzierung von z. B. Elektronenlinsen zur Verfügung. Hierdurch besteht die Gefahr, dass das Design und/oder die Konstruktion von entsprechenden Linsensystemen stark eingeschränkt ist.In particular, with a strong focusing of the electron-triggering light beam and / or laser pulse to reduce the light spot at the location of the triggering of the electrons, a lesser distance between the electron source and the sample can be realized, but in this case increases the opening angle of the light cone. This cone of light, in particular with an opening angle of a few 10 °, must be kept free and is therefore not suitable for the placement of z. B. electron lenses available. This creates the risk that the design and / or construction of corresponding lens systems is severely limited.
Des Weiteren ist von Nachteil, dass die Größe des fokussierten Lichtes und/oder Lichtflecks, insbesondere im Bereich einiger Mikrometer, und der Elektronenquelle, insbesondere im Bereich einiger Nanometer, üblicherweise nicht übereinstimmen. Hierdurch entsteht der Nachteil, dass ein großer Teil der Laserenergie nicht zur Emission von Elektronen genutzt werden kann.Furthermore, it is disadvantageous that the size of the focused light and / or light spot, in particular in the range of a few micrometers, and the electron source, in particular in the range of a few nanometers, usually do not coincide. This has the disadvantage that a large part of the laser energy can not be used for the emission of electrons.
Die zeitliche Auflösung von bislang bekannten Elektronenquellen und/oder Elektronenmikroskopen, insbesondere von ultraschnellen Elektronenmikroskopen, ist auf etwa 100 Femtosekunden begrenzt. Somit sind Untersuchungen zeitlich schnellerer Prozesse mit einer solchen Elektronenquelle und/oder einem solchen Elektronenmikroskop nicht möglich. Insbesondere ist die Zeitauflösung durch die Propagationslänge der Elektronen von ihrer Erzeugung bis zur Wechselwirkung mit der Probe limitiert. Diese Limitierung der zeitlichen Auflösung kann sich durch ein zeitliches Verbreitern des Elektronenpulses, insbesondere durch chromatische Aberration und/oder elektrostatischer Abstoßungseffekte, ergeben. The temporal resolution of previously known electron sources and / or electron microscopes, in particular ultrafast electron microscopes, is limited to about 100 femtoseconds. Thus, investigations of temporally faster processes with such an electron source and / or such an electron microscope are not possible. In particular, the time resolution is limited by the propagation length of the electrons from their generation to the interaction with the sample. This limitation of the temporal resolution can result from a widening of the electron pulse over time, in particular due to chromatic aberration and / or electrostatic repulsion effects.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren und/oder eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und/oder eines Elektronenpulses der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine höhere zeitliche Auflösung und/oder ein geringerer Abstand zwischen der Elektronenquelle und einer Probe ermöglicht ist. Insbesondere soll eine zeitliche Komprimierung des Elektronenpulses am Probenort erreicht und/oder verbessert werden. Vorzugsweise soll eine Alternative zu bisher bekannten Verfahren und/oder Elektronenquellen bereitgestellt werden.It is the object underlying the invention to develop a method and / or an electron source for generating an electron beam and / or an electron pulse of the type mentioned above such that a higher temporal resolution and / or a smaller distance between the electron source and a sample possible is. In particular, a temporal compression of the electron pulse at the sample location is to be achieved and / or improved. Preferably, an alternative to previously known methods and / or electron sources should be provided.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mittels eines Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, wobei die metallische Struktur mit einem weiteren Lichtstrahl bestrahlt wird, wobei aufgrund der Bestrahlung der metallischen Struktur mit dem ersten Lichtstrahl und dem weiteren Lichtstrahl der Elektronenstrahl und/oder der Elektronenpuls erzeugt wird. Des Weiteren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mittels einer Elektronenquelle der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein weiteres Lasersystem zum Bestrahlen der metallischen Struktur mit einem weiteren Lichtstrahl vorhanden ist, wobei aufgrund der Ausbildung des ersten Lasersystems und des weiteren Lasersystems zum Bestrahlen der metallischen Struktur der Elektronenstrahl und/oder der Elektronenpuls erzeugbar ist.The object underlying the invention is achieved by means of a method of the type mentioned, wherein the metallic structure is irradiated with a further light beam, wherein due to the irradiation of the metallic structure with the first light beam and the further light beam, the electron beam and / or the electron pulse generated becomes. Furthermore, the object underlying the invention is achieved by means of an electron source of the type mentioned, in which a further laser system for irradiating the metallic structure with a further light beam is present, due to the formation of the first laser system and the other laser system for irradiating the metallic Structure of the electron beam and / or the electron pulse can be generated.
Hierbei ist von Vorteil, dass der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl individuell und/oder unabhängig von einander wählbar und/oder einstellbar sind. Insbesondere sind der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl derart wählbar und/oder einstellbar, dass der gewünschte Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls erst bei einer geeigneten und/oder vorgegebenen Kombination der Bestrahlung der metallischen Struktur mit dem ersten Lichtstrahl und dem weiteren Lichtstrahl erzeugt wird. Vorzugsweise sind der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl derart ausgebildet, dass der erzeugte Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls eine verbesserte und/oder höhere zeitliche Auflösung hat.It is advantageous that the first light beam and the further light beam are individually and / or independently selectable and / or adjustable. In particular, the first light beam and the further light beam can be selected and / or adjusted in such a way that the desired electron beam and / or electron pulse is generated only with a suitable and / or predetermined combination of the irradiation of the metallic structure with the first light beam and the further light beam. Preferably, the first light beam and the further light beam are formed such that the generated electron beam and / or electron pulse has an improved and / or higher temporal resolution.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Elektronenstrahl und/oder der Elektronenpuls aufgrund einer räumlichen und/oder zeitlichen Überlagerung des ersten Lichtstrahls und des weiteren Lichtstrahls erzeugt. Vorzugsweise wird die metallische Struktur zeitlich nach dem ersten Lichtstrahl mit dem weiteren Lichtstrahl bestrahlt. Somit kann die Bestrahlung mit dem weiteren Lichtstrahl nach Beendigung der Bestrahlung mit dem ersten Lichtstrahl erfolgen. Insbesondere können sich der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl räumlich mindestens teilweise oder vollständig überlagern. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können sich der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl zeitlich mindestens teilweise oder vollständig überlagern. Die Bestrahlung der metallischen Struktur mit dem weiteren Lichtstrahl kann innerhalb von weniger als 100 fs nach dem Ende der Bestrahlung mit dem ersten Lichtstrahl erfolgen. Die Bestrahlung mit dem ersten Lichtstrahl und dem weiteren Lichtstrahl kann mit einem vorgegebenen zeitlichen und/oder räumlichen Abstand beginnen und/oder erfolgen. Alternativ kann die Bestrahlung der metallischen Struktur mit dem ersten Lichtstrahl und mit dem weiteren Lichtstrahl gleichzeitig und/oder mindestens teilweise zeitlich überlagernd erfolgen. Hierbei kann der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl auf dieselbe Stelle und/oder denselben Bereich des metallischen Struktur fokussiert sein. Alternativ können der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl auf voneinander abweichende Stellen und/oder Bereiche der metallischen Struktur fokussiert sein.According to a further embodiment, the electron beam and / or the electron pulse is generated on the basis of a spatial and / or temporal superimposition of the first light beam and of the further light beam. Preferably, the metallic structure is irradiated temporally after the first light beam with the further light beam. Thus, the irradiation with the further light beam can be done after completion of the irradiation with the first light beam. In particular, the first light beam and the further light beam can spatially overlap at least partially or completely. According to an alternative embodiment, the first light beam and the further light beam may overlap in time at least partially or completely. The irradiation of the metallic structure with the further light beam can take place within less than 100 fs after the end of the irradiation with the first light beam. The irradiation with the first light beam and the further light beam can begin and / or occur at a predetermined time and / or spatial distance. Alternatively, the irradiation of the metallic structure with the first light beam and with the further light beam can take place simultaneously and / or at least partially overlapping in time. Here, the first light beam and the further light beam may be focused on the same location and / or the same area of the metallic structure. Alternatively, the first light beam and the further light beam may be focused on deviating points and / or regions of the metallic structure.
Vorzugsweise wird bei einer Bestrahlung der metallischen Struktur ausschließlich mit dem ersten Lichtstrahl oder ausschließlich mit dem weiteren Lichtstrahl kein Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls verursacht. Erst aufgrund einer vorgegebenen Kombination der Bestrahlung der metallischen Struktur mit dem ersten Lichtstrahl und dem weiteren Lichtstrahl wird der Elektronenstrahl und/oder der Elektronenpuls erzeugt. Insbesondere verursacht eine Bestrahlung der metallischen Struktur ausschließlich mit dem ersten Strahl oder ausschließlich mit dem weiteren Lichtstrahl eine, insbesondere für die Weiternutzung, vernachlässigbare Elektronenemission. Vorzugsweise ist unter einer Weiternutzung die Verwendung eines Elektronenstrahls und/oder Elektronenpulses in einem Elektronenmikroskop zur Untersuchung einer Probe zu verstehen.Preferably, upon irradiation of the metallic structure, no electron beam and / or electron pulse is caused exclusively with the first light beam or exclusively with the further light beam. Only on account of a predetermined combination of the irradiation of the metallic structure with the first light beam and the further light beam is the electron beam and / or the electron pulse generated. In particular, irradiation of the metallic structure exclusively with the first beam or exclusively with the further light beam causes a negligible electron emission, in particular for further use. Preferably, further use is understood to mean the use of an electron beam and / or electron pulse in an electron microscope for examining a sample.
Der erste Lichtstrahl kann durch eine erste Lichtquelle und/oder der weitere Lichtstrahl durch eine weitere Lichtquelle erzeugt werden. Insbesondere dient eine einzige und/oder gemeinsame Lichtquelle zum Erzeugen des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls. Vorzugsweise wird der erste Lichtstrahl, insbesondere als ein erster Lichtpuls, von einem ersten Lasersystem erzeugt. Der weitere Lichtstrahl, insbesondere als ein weiterer Lichtpuls, kann von einem weiteren Lasersystem erzeugt werden. Das erste Lasersystem und das weitere Lasersystem können eine einzige, gemeinsame Lichtquelle aufweisen oder jeweils eine eigene Lichtquelle haben. Vorzugsweise wird der erste Lichtstrahl aus einem ersten Wellenlängenbereich und der weitere Lichtstrahl aus einem von dem ersten Wellenlängenbereich verschiedenen weiteren Wellenlängenbereich gewählt. Somit können der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl voneinander abweichende Wellenlängen aufweisen. Insbesondere geben das erste Lasersystem und das weitere Lasersystem jeweils einen Lichtstrahl und/oder Lichtpuls in voneinander abweichenden Wellenlängenbereichen ab. Somit können als erster Lichtstrahl und als weiterer Lichtstrahl Lichtpulse unterschiedlicher Farbe verwendet werden. Insbesondere ist der erste Lichtstrahl und/oder der weitere Lichtstrahl als eine elektromagnetische Welle ausgebildet.The first light beam can be generated by a first light source and / or the further light beam by a further light source. In particular, a single and / or common light source is used to generate the first light beam and / or the further light beam. Preferably, the first light beam, in particular as a first light pulse, is generated by a first laser system. The further light beam, in particular as a further light pulse, can be generated by another laser system. The first laser system and the further laser system can have a single, common light source or each have its own light source. Preferably, the first light beam is selected from a first wavelength range and the further light beam is selected from a further wavelength range that is different from the first wavelength range. Thus, the first light beam and the further light beam may have different wavelengths. In particular, the first laser system and the further laser system each emit a light beam and / or light pulse in different wavelength ranges. Thus, light pulses of different colors can be used as the first light beam and as a further light beam. In particular, the first light beam and / or the further light beam is designed as an electromagnetic wave.
Vorzugsweise hat der erste Lichtstrahl eine, insbesondere mittlere, Wellenlänge im sichtbaren Bereich. Insbesondere liegt die Wellenlänge des ersten Lichtstrahls im Bereich von 250 nm bis 750 nm. Der weitere Lichtstrahl kann eine, insbesondere mittlere, Wellenlänge im infraroten und/oder nah-infraroten Bereich aufweisen. Insbesondere liegt die Wellenlänge des weiteren Lichtstrahls im Bereich von 750 nm bis 1.000 nm. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge des weiteren Lichtstrahls im Bereich von 750 nm bis 1.400 nm oder im Bereich von 750 nm bis 3.000 nm.Preferably, the first light beam has a, in particular average, wavelength in the visible range. In particular, the wavelength of the first light beam is in the range from 250 nm to 750 nm. The further light beam may have one, in particular average, wavelength in the infrared and / or near-infrared range. In particular, the wavelength of the further light beam is in the range from 750 nm to 1000 nm. The wavelength of the further light beam is preferably in the range from 750 nm to 1400 nm or in the range from 750 nm to 3000 nm.
Gemäß einer Weiterbildung werden Elektronen in der metallischen Struktur, insbesondere in der Nanospitze, mittels des ersten Lichtstrahls in einen Zwischenzustand, insbesondere oberhalb der Fermi-Energie, und/oder in einen Bildladungszustand überführt. Somit können Elektronen mit dem ersten Lichtstrahl vom Fermi-Niveau entkoppelt werden und oberhalb des Fermi-Niveaus und/oder der Fermi-Energie gespeichert werden. Insbesondere handelt es sich bei dem Zwischenzustand und/oder dem Bildladungszustand um einen Atom-ähnlichen Oberflächenzustand. Vorzugsweise stellt der Bildladungszustand einen, insbesondere langlebigen, Zwischenzustand für die Elektronen oberhalb der Fermi-Energie und/oder in Hinblick auf den zu erzeugenden Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls dar. Insbesondere verbleiben die Elektronen für eine Zeit von bis zu 100 fs in dem Zwischenzustand und/oder dem Bildladungszustand. Somit kann ein langlebiger Zwischenzustand in diesem Zusammenhang für eine Zeit von bis zu 100 fs andauern. Somit kann mittels des ersten Lichtstrahls eine optische Anregung der metallischen Struktur, insbesondere der Nanospitze, erfolgen. Die aufgrund der optischen Anregung in den Bildleiungszustand emittierten Elektronen erzeugen eine Polarisation der Ladungsverteilung im Inneren der metallischen Struktur, insbesondere der Nanospitze, die zu einer anziehenden Wechselwirkung mit dem austretenden Elektron führt. Insbesondere befinden sich die Elektronen in dem Bildladungszustand in einem vorgegebenen und/oder definierten Energiezustand, vorzugsweise oberhalb des Fermi-Niveaus.According to a development, electrons in the metallic structure, in particular in the nanotip, are converted by means of the first light beam into an intermediate state, in particular above the Fermi energy, and / or into an image charge state. Thus, electrons can be decoupled from the Fermi level with the first light beam and stored above the Fermi level and / or the Fermi energy. In particular, the intermediate state and / or the image charge state is an atom-like surface state. Preferably, the image charge state represents an, in particular long-lived, intermediate state for the electrons above the Fermi energy and / or with regard to the electron beam and / or electron pulse to be generated. In particular, the electrons remain in the intermediate state for a time of up to 100 fs / or the image charge state. Thus, a long lived intermediate state may persist in this regard for a time of up to 100 fs. Thus, by means of the first light beam, an optical excitation of the metallic structure, in particular the nanotip, take place. The electrons emitted due to the optical excitation in the Bildleiungszustand produce a polarization of the charge distribution in the interior of the metallic structure, in particular the nano-tip, which leads to an attractive interaction with the exiting electron. In particular, the electrons in the image charge state are in a predetermined and / or defined energy state, preferably above the Fermi level.
Vorzugsweise werden die Elektronen mittels des weiteren Lichtstrahls aus dem Bildladungszustand zum Erzeugen des Elektronenstrahls und/oder des Elektronenpulses ausgelöst. Somit können die Elektronen mittels des weiteren Lichtstrahls aus dem Zwischenzustand gelöst und als Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls freigegeben werden. Vorzugsweise erfolgt die Bestrahlung der metallischen Struktur mit dem weiteren Lichtstrahl zeitlich nach der Bestrahlung der metallischen Struktur mit dem ersten Lichtstrahl. Hierbei kann der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Lichtstrahl und dem weiteren Lichtstrahl vorgegeben sein. Vorzugsweise beträgt der zeitliche Abstand weniger als 100 fs. Insbesondere erfolgt die Bestrahlung mit dem weiteren Lichtstrahl innerhalb von 100 fs nach dem Beenden der Bestrahlung mit dem ersten Lichtstrahl. Vorzugsweise verbleiben die Elektronen in dem Bildladungszustand nach dem Beenden der Bestrahlung mit dem ersten Lichtstrahl für eine Zeitdauer von bis zu 100 fs. Somit kann die metallische Struktur mit dem ersten Lichtstrahl und einem zeitlich verzögerten weiteren Lichtstrahl bestrahlt werden. Insbesondere wird die metallische Struktur mit einer Folge eines ersten Lichtpulses und eines weiteren Lichtpulses bestrahlt. Hierbei können der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl zeitlich nacheinander folgend auf die metallische Struktur abgestrahlt werden oder sich räumlich und/oder zeitlich mindestens teilweise beim Bestrahlen der metallischen Struktur überlappen. Eine Feldstärke des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls kann derart eingestellt werden, dass der einzelne erste Lichtstrahl bzw. weitere Lichtstrahl zu einer vernachlässigbaren Elektronenemission führt, während die Bestrahlung der metallischen Struktur mit beiden Lichtstrahlen in der gewünschten Emission von Photoelektronen zum Erzeugen des Elektronenstrahls und/oder Elektronenpulses resultiert. Insbesondere wird für den ersten Lichtstrahl und/oder den weiteren Lichtstrahl eine Feldstärke im Bereich von einigen V/nm, insbesondere im Bereich von 1 V/nm bis 20 V/nm, eingestellt. Vorzugsweise muss eine relative Feldamplitude und eine Gesamtintensität, insbesondere des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls genau so gewählt sein, dass Elektronen mit dem ersten Lichtstrahl vom Fermi-Niveau entkoppelt und in dem Bildladungszustand gespeichert werden. Insbesondere wird der Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls aufgrund einer Mehr-Photonen-Absorption bzw. Mehr-Photonen-Anregung verursacht. Vorzugsweise wird die Mehr-Photonen-Absorption mittels des weiteren Lichtstrahls mit Wirkung auf die Elektronen im Bildladungszustand verursacht. Eine Auslösung eines Elektrons aus dem Bildladungszustand kann eine Absorption von bis zu 10 Photonen benötigen. Insbesondere ist eine Absorption von weniger als 15 Photonen zum Auslösen eines Elektrons aus dem Bildladungszustand notwendig.Preferably, the electrons are triggered by the further light beam from the image charge state for generating the electron beam and / or the electron pulse. Thus, the electrons can be released from the intermediate state by means of the further light beam and released as electron beam and / or electron pulse. Preferably, the irradiation of the metallic structure with the further light beam takes place temporally after the irradiation of the metallic structure with the first light beam. In this case, the time interval between the first light beam and the further light beam can be predetermined. Preferably, the time interval is less than 100 fs. In particular, the irradiation with the further light beam takes place within 100 fs after the termination of the irradiation with the first light beam. Preferably, the electrons remain in the charged state after completion of irradiation with the first light beam for a period of up to 100 fs. Thus, the metallic structure can be irradiated with the first light beam and a temporally delayed further light beam. In particular, the metallic structure is irradiated with a sequence of a first light pulse and a further light pulse. In this case, the first light beam and the second light beam can be emitted successively in time to the metallic structure or at least partially overlap spatially and / or temporally when irradiating the metallic structure. A field strength of the first light beam and / or of the further light beam can be adjusted such that the single first light beam or further light beam leads to a negligible electron emission, while the irradiation of the metallic structure with both light beams in the desired emission of photoelectrons for generating the electron beam and / or electron pulse results. In particular, a field strength in the range of a few V / nm, in particular in the range of 1 V / nm to 20 V / nm, is set for the first light beam and / or the further light beam. Preferably, a relative field amplitude and a total intensity, in particular of the first light beam and / or the further light beam must be chosen exactly so that electrons are decoupled with the first light beam from the Fermi level and stored in the image charge state. In particular, the electron beam and / or electron pulse is caused due to multi-photon absorption or multi-photon excitation. Preferably, the multi-photon absorption by the further light beam is caused with effect on the electrons in the image charge state. A trigger An electron from the image charge state may require absorption of up to 10 photons. In particular, absorption of less than 15 photons to trigger an electron from the image charge state is necessary.
Vorzugsweise verursacht der weitere Lichtstrahl eine Starkfeld-Photoemission. Insbesondere wird mittels des weiteren Lichtstrahls ein elektrisches Feld im Bereich der metallischen Struktur erzeugt, wobei sich aufgrund der verjüngenden Gestalt der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze eine Feldüberhöhung ergibt. Aufgrund der sich verjüngenden metallischen Struktur, insbesondere der Nanospitze, kann die eingestrahlte Feldstärke des weiteren Lichtstrahls und der verursachten geometrischen Einschnürung der Feldlinien zusätzlich verstärkt und/oder überhöht werden. Hierdurch kann eine niedrigere Leistung der Lichtquelle für den weiteren Lichtstrahl, insbesondere eine niedrigere Laserleistung, verwendet werden. Somit können ohne Überschreitung einer Zerstörschwelle des Materials Starkfeldeffekte, insbesondere wie bei einer Above-Threshold-Ionisation, auf Festkörper übertragen werden. Somit kann mittels der Einstrahlung des weiteren Lichtstrahls eine Above-Threshold-Ionisation oder mindestens ein vergleichbarer Vorgang verursacht werden. Insbesondere prägt eine Starkfeld-Wechselwirkung mit dem in der Zeit periodischen, an der metallischen Struktur, insbesondere der Nanospitze, stark überhöhten elektrischen Feld des weiteren Lichtstrahls den Elektronen eine Kamm-ähnliche und/oder stufenartige Energie und/oder Phase auf. Die Phase der elektronischen Wellenfunktion kann durch den Zeitabstand zwischen dem ersten Lichtstrahl und dem weiteren Lichtstrahl sowie durch das Spektrum und/oder die spektrale Phase des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls kontrolliert werden. In Bezug auf die Zeit, insbesondere eine Zeitdomäne, kann hierdurch nach einer bestimmten Propagationsdistanz eine Folge aus Elektronenpulsen entstehen. Insbesondere weist ein einzelner Elektronenpuls eine Dauer im Bereich von weniger als 10 fs und/oder im Attosekundenbereich auf. Ein entsprechend erzeugter Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls kann mit einer Probe wechselwirken.Preferably, the further light beam causes strong field photoemission. In particular, an electric field is generated in the region of the metallic structure by means of the further light beam, resulting in a field increase due to the tapered shape of the metallic structure and / or the nanotip. Due to the tapered metallic structure, in particular the nanotip, the irradiated field strength of the further light beam and the geometric constriction caused by the field lines can be additionally amplified and / or increased. In this way, a lower power of the light source for the further light beam, in particular a lower laser power, can be used. Thus, without exceeding a damage threshold of the material, strong field effects, in particular as in an above-threshold ionization, can be transferred to solids. Thus, by means of the irradiation of the further light beam, an above-threshold ionization or at least one comparable process can be caused. In particular, a strong field interaction with the periodic, on the metallic structure, in particular the nano tip, greatly inflated electric field of the further light beam to the electrons a comb-like and / or step-like energy and / or phase. The phase of the electronic wave function can be controlled by the time interval between the first light beam and the further light beam and by the spectrum and / or the spectral phase of the first light beam and / or the further light beam. In terms of time, in particular a time domain, this can result in a sequence of electron pulses after a certain propagation distance. In particular, a single electron pulse has a duration in the range of less than 10 fs and / or in the attosecond region. A correspondingly generated electron beam and / or electron pulse can interact with a sample.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als erster Lichtstrahl und/oder als weiterer Lichtstrahl ein Lichtpuls mit einer Zeitdauer und/oder vollen Halbwertszeit von weniger als 100 fs, weniger als 50 fs oder weniger als 20 fs verwendet. Besonders bevorzugt liegt die Zeitdauer und/oder volle Halbwertszeit des ersten Lichtpulses und/oder des weiteren Lichtpulses im Bereich von 15 fs, 10 fs oder weniger. Aufgrund einer Folge von mehreren ersten Lichtstrahlen und mehreren weiteren Lichtstrahlen, insbesondere ersten Lichtpulsen und weiteren Lichtpulsen, kann eine Folge von mehreren einzelnen Elektronenstrahlen und/oder Elektronenpulsen erzeugt werden. Vorzugsweise hat ein einzelner Elektronenstrahl und/oder Elektronenpuls eine Zeitdauer und/oder volle Halbwertszeit von weniger als 100 fs, insbesondere weniger als 50 fs. Besonders bevorzugt beträgt die Zeitdauer und/oder volle Halbwertszeit eines einzelnen Elektronenstrahls und/oder Elektronenpulses weniger als 10 fs. Insbesondere liegt die Zeitdauer und/oder volle Halbwertszeit eines einzelnen Elektronenstrahls und/oder eines einzelnen Elektronenpulses im Bereich von 5 fs, 500 Attosekunden oder 400 Attosekunden. Die Zeitdauer und/oder volle Halbwertszeit des Elektronenstrahls und/oder Elektronenpulses kann durch die Zeitdauer und/oder volle Halbwertszeit des weiteren Lichtstrahls bzw. Lichtpulses beeinflusst werden.According to a further embodiment, a light pulse having a time duration and / or full half-life of less than 100 fs, less than 50 fs or less than 20 fs is used as first light beam and / or as further light beam. Particularly preferably, the time duration and / or full half-life of the first light pulse and / or the further light pulse is in the range of 15 fs, 10 fs or less. Due to a sequence of a plurality of first light beams and a plurality of further light beams, in particular first light pulses and further light pulses, a series of a plurality of individual electron beams and / or electron pulses can be generated. Preferably, a single electron beam and / or electron pulse has a time duration and / or full half-life of less than 100 fs, in particular less than 50 fs. Particularly preferably, the time duration and / or full half-life of a single electron beam and / or electron pulse is less than 10 fs. In particular, the time duration and / or full half-life of a single electron beam and / or a single electron pulse is in the range of 5 fs, 500 attoseconds or 400 attoseconds. The time duration and / or full half-life of the electron beam and / or electron pulse can be influenced by the time duration and / or full half-life of the further light beam or light pulse.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Nanospitze mit dem ersten Lichtstrahl und/oder dem weiteren Lichtstrahl bestrahlt. Alternativ kann ein von der Nanospitze beabstandetes Koppelelement der metallischen Struktur mit dem ersten Lichtstrahl und/oder dem weiteren Lichtstrahl bestrahlt werden. Vorzugsweise wird der erste Lichtstrahl und/oder der weitere Lichtstrahl auf die metallische Struktur, das Koppelelement und/oder die Nanospitze fokussiert. Das Verfahren kann mittels direkter Beleuchtung der Nanospitze und/oder mittels einer Anregung über das Koppelelement erfolgen bzw. durchgeführt werden.According to a development, the nanotip is irradiated with the first light beam and / or the further light beam. Alternatively, a coupling element of the metallic structure spaced from the nano-tip can be irradiated with the first light beam and / or the further light beam. Preferably, the first light beam and / or the further light beam is focused on the metallic structure, the coupling element and / or the nanotip. The method can be carried out or carried out by means of direct illumination of the nanotip and / or by means of excitation via the coupling element.
Vorzugweise wird der erste Lichtstrahl und/oder der weitere Lichtstrahl auf einen Fokusdurchmesser fokussiert, der zumindest im Wesentlichen den Ausmaßen und/oder der Fläche der metallischen Struktur, eines Koppelelementes und/oder der Nanospitze entspricht. Hierbei kann die Fokussierung mittels einer Linse, einem Linsensystem und/oder einer Reflexionsoptik erfolgen. Insbesondere ist das erste Lasersystem und/oder das weitere Lasersystem zum Fokussieren des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls ausgebildet. Aufgrund der Fokussierung sind Energieverluste bei der Umwandlung des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls, insbesondere in ein Plasmon, reduzierbar. Dies ermöglicht den Einsatz einer Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, mit einer geringeren Leistung. Vorzugsweise erfolgt die Fokussierung und/oder Justierung des ersten Lichtstrahls, des weiteren Lichtstrahls, des Fokusdurchmessers und/oder der Lichtquelle in Bezug zu einer Mittelachse der metallischen Struktur. Insbesondere erfolgt die Einstrahlung des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls auf die metallische Struktur schräg zur Oberfläche der metallischen Struktur, des Koppelelementes und/oder der Nanospitze. Vorzugsweise erfolgt die Einstrahlung des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls mit einem Einfallswinkel zur Oberfläche, der dem halben Öffnungswinkel der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze entspricht.Preferably, the first light beam and / or the further light beam is focused on a focus diameter that at least substantially corresponds to the dimensions and / or the surface of the metallic structure, a coupling element and / or the nanotip. Here, the focusing can be done by means of a lens, a lens system and / or a reflection optics. In particular, the first laser system and / or the further laser system is designed to focus the first light beam and / or the further light beam. Due to the focusing, energy losses during the conversion of the first light beam and / or the further light beam, in particular into a plasmon, can be reduced. This allows the use of a light source, in particular a laser, with a lower power. Preferably, the focusing and / or adjustment of the first light beam, the further light beam, the focus diameter and / or the light source with respect to a central axis of the metallic structure. In particular, the irradiation of the first light beam and / or of the further light beam onto the metallic structure takes place at an angle to the surface of the metallic structure, the coupling element and / or the nanotip. The irradiation of the first light beam and / or of the further light beam preferably takes place with an angle of incidence to the surface which corresponds to half the opening angle of the metallic structure and / or the nanotip.
Zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und/oder eines Elektronenpulses wird eine Spannung einer Spannungsquelle an die Kathode angelegt. Insbesondere wird eine Spannung der Spannungsquelle an die Kathode und an eine Anode zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zwischen Kathode und Anode angelegt. Hierdurch kann die induzierte Elektronenemission erleichtert und/oder unterstützt werden. Nach der Auslösung und/oder Ablösung der Elektronen von der Nanospitze werden die abgelösten Elektronen in Richtung der Anode beschleunigt. Die somit freien und durch die angelegte Spannung von der Nanospitze weg beschleunigten Elektronen können für Untersuchungen von einer Probe verwendet werden. Mittels der angelegten Spannung werden der Kathode, der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze hinreichend Elektronen für weitere Auslöse- und/oder Ablöseprozesse zum Erzeugen weiterer Elektronenstrahlen und/oder Elektronenpulse zugeführt. For generating an electron beam and / or an electron pulse, a voltage of a voltage source is applied to the cathode. In particular, a voltage of the voltage source is applied to the cathode and to an anode for generating an electric field between the cathode and the anode. As a result, the induced electron emission can be facilitated and / or supported. After the release and / or detachment of the electrons from the nanotip, the released electrons are accelerated in the direction of the anode. The electrons thus accelerated and accelerated away from the nanotip by the applied voltage can be used for investigations of a sample. By means of the applied voltage, sufficient electrons are supplied to the cathode, the metallic structure and / or the nanotip for further triggering and / or detaching processes for generating further electron beams and / or electron pulses.
Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und/oder Elektronenpulses, insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, ist die metallische Struktur und/oder die Nanospitze konusartig und/oder kegelartig ausgebildet. Insbesondere ist die metallische Struktur und/oder die Nanospitze konusförmig und/oder kegelförmig. Die metallische Struktur kann aus Gold, Silber, Wolfram oder Aluminium gebildet sein. Beispielsweise kann ein polykristalliner Golddraht, insbesondere mit einer feinen Kornstruktur, als Ausgangsmaterial eingesetzt werden. Die metallische Struktur und/oder die Nanospitze kann ein Öffnungswinkel im Bereich von 10° bis 40°, insbesondere im Bereich von 20° bis 30° aufweisen. Beispielsweise beträgt der Öffnungswinkel der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze 22°. Aufgrund der konusartigen und/oder kegelartigen Gestalt der metallischen Struktur kann mindestens ein erzeugtes Plasmon zum Zusammenlaufen und/oder Fokussieren in der Nanospitze veranlasst werden. Somit kann die metallische Struktur, insbesondere die Nanospitze, zum Fokussieren von mindestens einem Plasmon ausgebildet sein. Hierbei kann ein aufgrund des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls erzeugtes Plasmon und/oder können mehrere erzeugte Plasmonen in eine nanometergroße Spitze und/oder ein Volumen im Nanometerbereich, nämlich die vorstehend genannte Nanospitze, hinein laufen und fokussiert werden. Insbesondere wird ein Plasmon oder werden mehrere Plasmonen beim Fokussieren in Richtung der Nanospitze räumlich zusammengezogen. Aufgrund der Fokussierung des mindestens einem Plasmons im Bereich der Nanospitze kann ein elektrisches Feld im Bereich der Nanospitze verstärkt und/oder überhöht werden, wodurch Elektronen in den Bildladungszustand überführt und/oder aus der Nanospitze ausgelöst bzw. abgelöst werden können. Aufgrund einer Verbindung der metallischen Struktur als Kathode mit einer Spannungsquelle können Elektronen nachgeliefert werden. Insbesondere ist eine Anode vorgesehen, die ebenfalls mit der Spannungsquelle verbunden sein kann.According to a development of the electron source according to the invention for generating an electron beam and / or electron pulse, in particular with a method according to the invention, the metallic structure and / or the nanotip is cone-shaped and / or cone-shaped. In particular, the metallic structure and / or the nano-tip is conical and / or conical. The metallic structure may be formed of gold, silver, tungsten or aluminum. For example, a polycrystalline gold wire, in particular having a fine grain structure, can be used as the starting material. The metallic structure and / or the nano-tip may have an opening angle in the range of 10 ° to 40 °, in particular in the range of 20 ° to 30 °. For example, the opening angle of the metallic structure and / or the nano-tip is 22 °. Due to the cone-like and / or conical shape of the metallic structure, at least one generated plasmon may be caused to converge and / or focus in the nano-tip. Thus, the metallic structure, in particular the nanotip, can be designed to focus at least one plasmon. In this case, a plasmon generated on the basis of the first light beam and / or of the further light beam and / or several generated plasmons can run into and be focused into a nanometer-sized tip and / or a volume in the nanometer range, namely the aforementioned nanotip. In particular, a plasmon or several plasmons are contracted spatially when focusing in the direction of the nanotip. Due to the focusing of the at least one plasmon in the region of the nanotip, an electric field in the region of the nanotip can be amplified and / or increased, whereby electrons can be transferred to the image charge state and / or triggered or detached from the nanotip. Due to a compound of the metallic structure as a cathode with a voltage source, electrons can be replenished. In particular, an anode is provided, which may also be connected to the voltage source.
Bei dem mindestens einen Plasmon kann es sich um ein Oberflächenplasmon handeln. Insbesondere wird Energie aus einer elektromagnetischen Welle des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls in mindestens ein an die metallische Struktur gebundenes Oberflächenplasmon-Polariton übertragen. Es können, insbesondere mittels eines Lichtpulses, mehrere Plasmonen, Oberflächenplasmonen und/oder Oberflächeplasmon-Polartionen an der metallischen Struktur, insbesondere einem Koppelelement, angeregt werden und/oder im Bereich der Nanospitze fokussiert werden.The at least one plasmon may be a surface plasmon. In particular, energy is transferred from an electromagnetic wave of the first light beam and / or the further light beam into at least one surface plasmon polariton bonded to the metallic structure. In particular, by means of a light pulse, a plurality of plasmons, surface plasmons and / or surface plasmon polar ions can be excited on the metallic structure, in particular a coupling element, and / or focused in the area of the nanotip.
Vorzugsweise ist die metallische Struktur, die Nanospitze und/oder mindestens ein Bereich der metallischen Struktur von dem Koppelelement bis zu der Nanospitze frei von Verunreinigungen und/oder frei von Korngrenzen. Insbesondere ist der Bereich des Koppelementes und/oder der Bereich einschließlich des Koppelelementes bis einschließlich der Nanospitze frei von Materialverunreinigungen und/oder frei von Korngrenzen. Hierdurch sind unerwünschte Störeffekte bei der Fokussierung der Plasmonen und/oder Feldstärken in Richtung der Nanospitze vermeidbar. Insbesondere ist ein unerwünschtes Ablösen von Elektronen in einem Bereich außerhalb der Nanospitze, insbesondere im Bereich des Koppelelementes und/oder in einem Bereich zwischen dem Koppelelement und der Nanospitze, vermeidbar.Preferably, the metallic structure, the nano-tip and / or at least a portion of the metallic structure from the coupling element to the nano-tip is free of impurities and / or free of grain boundaries. In particular, the region of the coupling element and / or the region including the coupling element up to and including the nano-tip is free of material contamination and / or free of grain boundaries. As a result, unwanted interference effects in the focusing of the plasmons and / or field strengths in the direction of the nano tip can be avoided. In particular, unwanted detachment of electrons in an area outside the nanotip, in particular in the region of the coupling element and / or in a region between the coupling element and the nanotip, can be avoided.
Insbesondere hat die Nanospitze ein Volumen im Nanometerbereich, insbesondere von etwa 10 nm3. Die Nanospitze kann alternativ als Apex bezeichnet werden. Die Nanospitze kann einen Spitzenradius kleiner als 20 nm, insbesondere kleiner als 15 nm oder kleiner als 12 nm aufweisen. Insbesondere liegt der Spitzenradius der Nanospitze in einem Bereich von 5 nm bis 12 nm.In particular, the nanosphere has a volume in the nanometer range, in particular of about 10 nm 3 . The nano tip may alternatively be referred to as apex. The nano tip may have a tip radius of less than 20 nm, in particular less than 15 nm or less than 12 nm. In particular, the tip radius of the nano tip is in a range of 5 nm to 12 nm.
Nach einer weiteren Ausführungsform hat das erste Lasersystem und/oder das weitere Lasersystem einen Femtosekundenlaser als eine Lichtquelle für den ersten Lichtstrahl und/oder den weiteren Lichtstrahl. Somit kann eine Folge des ersten Lichtstrahls und des weiteren Lichtstrahls, insbesondere eines ersten Laserpulses und eines weiteren Laserpulses, mittels eines geeigneten Femtosekundenlasers erzeugt werden. Das erste Lasersystem und das weitere Lasersystem können eine gemeinsame oder identische Lichtquelle, insbesondere Laserlichtquelle, aufweisen. Insbesondere weist das erste Lasersystem einen ersten optischen Pfad und das weitere Lasersystem einen weiteren optischen Pfad auf. Vorzugsweise sind der erste optische Pfad und der weitere optische Pfad mindestens teilweise voneinander getrennt ausgebildet. Mittels des ersten optischen Pfades und des weiteren optischen Pfades kann die Weglänge des ersten Lichtstrahls bzw. des weiteren Lichtstrahls kontrolliert und/oder eingestellt werden. Insbesondere können der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl bei einer gemeinsamen Lichtquelle mittels des ersten optischen Pfades und des weiteren optischen Pfades voneinander getrennt werden. Zudem können der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl mittels der beiden Pfade hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften, insbesondere unabhängig voneinander, eingestellt und/oder manipuliert werden. Vorzugsweise sind der erste optische Pfad und der weitere optische Pfad derart ausgebildet, dass sich der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl an der metallischen Struktur, der Nanospitze und/oder dem Koppelelement räumlich überlagern. Die Lichtquelle für den ersten Lichtstrahl und/oder den weiteren Lichtstrahl, das erste Lasersystem und/oder das weitere Lasersystem können derart ausgebildet sein, dass phasenstabilisierte Wenig-Zyklen-Laserpulse mit mindestens zwei unterschiedlichen Zentralwellenlängen und/oder Pulsdauern, insbesondere im Bereich von 10 Femtosekunden, erzeugbar sind.According to a further embodiment, the first laser system and / or the further laser system has a femtosecond laser as a light source for the first light beam and / or the further light beam. Thus, a sequence of the first light beam and the further light beam, in particular a first laser pulse and a further laser pulse, can be generated by means of a suitable femtosecond laser. The first laser system and the further laser system can have a common or identical light source, in particular a laser light source. In particular, the first laser system has a first optical path and the further laser system has a further optical path. Preferably, the first optical path and the further optical path are at least partially formed separated from each other. By means of the first optical path and the further optical path, the path length of the first light beam or of the further light beam can be controlled and / or adjusted. In particular, the first light beam and the further light beam at a common light source by means of the first optical path and the further optical path can be separated from each other. In addition, the first light beam and the further light beam can be set and / or manipulated by means of the two paths with regard to their optical properties, in particular independently of each other. Preferably, the first optical path and the further optical path are formed such that the first light beam and the further light beam are spatially superimposed on the metallic structure, the nanotip and / or the coupling element. The light source for the first light beam and / or the further light beam, the first laser system and / or the further laser system can be designed such that phase-stabilized, few-cycle laser pulses having at least two different central wavelengths and / or pulse durations, in particular in the range of 10 femtoseconds , are producible.
Die metallische Struktur kann beabstandet von der Nanospitze mindestens ein Koppelelement zum Anregen mindestens eines Plasmons mittels des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls aufweisen. Ein erstes Koppelelement kann für den ersten Lichtstrahl und ein weiteres Koppelelement für den weiteren Lichtstrahl vorhanden sein. Hierbei kann sich die Ausbildung und/oder Position des ersten Koppelelementes von der Ausbildung und/oder Position des weiteren Koppelelementes unterscheiden. Aufgrund des von der Nanospitze beabstandeten Koppelelementes kann eine direkte Beleuchtung der Elektronenquelle, insbesondere der Nanospitze, vermieden werden. Somit kann eine seitlich, insbesondere beliebig weit, ausgedehnte Probe, vorzugsweise beliebig, dicht an die Elektronenquelle, insbesondere die Nanospitze, herangebracht werden. Linsensysteme, insbesondere elektrostatische Linsensysteme, können kompakter um die Elektronenquelle, insbesondere die Nanospitze, herumgebaut werden. Hierdurch sind besonders kurze Pulsdauern der Elektronenpulse auf eine Probe realisierbar. Eine Erwärmung der Elektronenquelle, insbesondere der Nanospitze, ist erheblich reduzierbar. Insbesondere ergibt sich eine Erwärmung der Elektronenquelle und/oder der Nanospitze lediglich aufgrund der Absorption eines Plasmons und/oder mehrerer Plasmonen. Somit kann sich allenfalls ein lediglich geringer Energieeintrag bzw. eine lediglich geringe Erwärmung ergeben.The metallic structure may have, spaced from the nanotip, at least one coupling element for exciting at least one plasmone by means of the first light beam and / or the further light beam. A first coupling element may be present for the first light beam and a further coupling element for the further light beam. Here, the training and / or position of the first coupling element may differ from the training and / or position of the further coupling element. Due to the coupling element spaced from the nano-tip, direct illumination of the electron source, in particular the nano-tip, can be avoided. Thus, a laterally, in particular arbitrarily far, extended sample, preferably as desired, can be brought close to the electron source, in particular the nanotip. Lens systems, in particular electrostatic lens systems, can be constructed more compactly around the electron source, in particular the nanotip. As a result, particularly short pulse durations of the electron pulses can be realized on a sample. A heating of the electron source, in particular the nanotip, is considerably reduced. In particular, heating of the electron source and / or the nanotip results merely from the absorption of a plasmone and / or several plasmons. Thus, at most, only a small input of energy or only a slight warming result.
Des Weiteren kann die Verwendung eines von der Nanospitze beabstandeten Koppelelementes eine stärkere Fokussierung der elektromagnetischen Welle des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls ermöglichen. Hierdurch kann eine geringere Leistung bei einer Lichtquelle für den ersten Lichtstrahl und/oder den weiteren Lichtstrahl gewählt werden als bei einer direkten Beleuchtung der Elektronenquelle, insbesondere der Nanospitze. Insbesondere wird aufgrund des von der Nanospitze beabstandeten Koppelelementes und der Fokussierung des mindestens einen Plasmons ein Missverhältnis zwischen der Größe der Beleuchtung des Koppelelementes und der Größe des Emissionspunktes für die Elektronen erheblich reduziert oder aufgehoben.Furthermore, the use of a coupling element spaced from the nano-tip may allow a stronger focusing of the electromagnetic wave of the first light beam and / or of the further light beam. In this way, a lower power at a light source for the first light beam and / or the further light beam can be selected as in a direct illumination of the electron source, in particular the nanotip. In particular, a mismatch between the size of the illumination of the coupling element and the size of the emission point for the electrons is significantly reduced or eliminated due to the distance from the nanoclip coupling element and the focusing of the at least one plasmone.
Insbesondere ist das Koppelelement als ein Gitterkoppler ausgebildet. Mittels des Koppelelementes kann aufgrund einer eintreffenden elektromagnetischen Welle des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls mindestens ein Plasmon auf der Oberfläche der metallischen Struktur angeregt werden. Der Gitterkoppler kann bis zu 15 Gitterlinien oder mehr aufweisen. Vorzugsweise ist die Anzahl der Gitterlinien nicht beschränkt und kann beliebig gewählt werden. Insbesondere hat der Gitterkoppler 7 Gitterlinien. Die Gitterlinien können eine Breite im Bereich von 100 nm bis 1.000 nm und/oder eine Tiefe im Bereich von 200 nm bis 600 nm aufweisen. Insbesondere sind die Gitterlinien 800 nm breit und 400 nm tief. Vorzugsweise hat der Gitterkoppler eine Gitterkonstante im Bereich von 1.200 nm bis 3.000 nm, insbesondere im Bereich von 1.500 nm bis 2.500 nm. Besonders bevorzugt hat der Gitterkoppler eine Gitterkonstante von 1.600 nm oder 2.000 nm. Die Gitterkonstante kann der Wellenlänge der auf das Koppelelement eingestrahlten elektromagnetischen Welle des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls entsprechen.In particular, the coupling element is designed as a grating coupler. By means of the coupling element can be excited on the surface of the metallic structure due to an incoming electromagnetic wave of the first light beam and / or the further light beam at least one plasmon. The grating coupler can have up to 15 grids or more. Preferably, the number of grid lines is not limited and can be arbitrarily selected. In particular, the grating coupler has 7 grid lines. The grid lines may have a width in the range of 100 nm to 1,000 nm and / or a depth in the range of 200 nm to 600 nm. In particular, the grating lines are 800 nm wide and 400 nm deep. The grating coupler preferably has a lattice constant in the range from 1200 nm to 3000 nm, in particular in the range from 1500 nm to 2500 nm. More preferably, the grating coupler has a lattice constant of 1600 nm or 2000 nm. The lattice constant can be the wavelength of the electromagnetic radiation radiated onto the coupling element Wave of the first light beam and / or the other light beam correspond.
Vorzugsweise ist der Abstand des Koppelementes von der Nanospitze größer als ein Fokusdurchmesser des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls zum Bestrahlen des Koppelelementes. Der Abstand zwischen dem Koppelelement und der Nanospitze kann größer als 10 μm oder größer als 20 μm sein. Vorzugsweise liegt der Abstand zwischen dem Koppelelement und der Nanospitze im Bereich von 10 μm bis 200 μm. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen dem Koppelelement und der Nanospitze 50 μm. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem Koppelelement und der Nanospitze derart gewählt, dass bei einer Beleuchtung und/oder Bestrahlung des Koppelelementes eine gleichzeitige Beleuchtung und/oder Bestrahlung der Nanospitze vermieden ist. Insbesondere ist der Abstand des Koppelementes von der Nanospitze derart gewählt, dass dieser Abstand geringer ist als eine mittlere Propagationslänge der mittels der elektromagnetischen Welle des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls erzeugten Plasmonen. Beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1.600 nm der am Koppelelement eintreffenden elektromagnetischen Welle beträgt die mittlere Propagationslänge der hierdurch erzeugten Plasmonen etwa 100 μm. Somit ist beispielsweise bei einem Abstand des Koppelelements von der Nanospitze von etwa 50 μm gewährleistbar, dass die Plasmonen die Nanospitze erreichen.Preferably, the distance of the coupling element from the nanotip is greater than a focus diameter of the first light beam and / or the further light beam for irradiating the coupling element. The distance between the coupling element and the nanotip may be greater than 10 microns or greater than 20 microns. Preferably, the distance between the coupling element and the nano tip is in the range of 10 .mu.m to 200 .mu.m. Particularly preferably, the distance between the coupling element and the nano tip is 50 microns. In particular, the distance between the coupling element and the nano tip is selected such that a simultaneous illumination and / or irradiation of the nano tip is avoided when the coupling element is illuminated and / or irradiated. In particular, the distance of the coupling element from the nanotip is selected such that this distance is less than an average propagation length of the plasmons generated by means of the electromagnetic wave of the first light beam and / or of the further light beam. For example, at a wavelength of 1,600 nm arriving at the coupling element electromagnetic wave is the average propagation length of the plasmons generated thereby about 100 microns. Thus, for example, at a distance of the coupling element of the nanotip of about 50 microns can be ensured that the plasmon reach the nanotip.
Vorzugsweise ist die metallische Struktur innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet. Hierdurch kann eine Beschädigung und/oder Zerstörung der Elektronenquelle, insbesondere aufgrund einer Ionisation der ansonsten vorhandenen Gase, vermieden werden. Eine Lichtquelle, insbesondere ein Laser und/oder eine Laserlichtquelle, zum Bestrahlen der metallischen Struktur, der Nanospitze und/oder des Koppelementes kann innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Lichtquelle außerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Die elektromagnetische Welle bzw. der erste Lichtstrahl und/oder der weitere Lichtstrahl kann der metallischen Struktur, der Nanospitze und/oder dem Koppelelement durch ein Fensterelement, das insbesondere der Vakuumkammer zugeordnet ist, zugeführt werden. Der erste Lichtstrahl und der weitere Lichtstrahl können durch ein einziges, gemeinsames Fensterelement in die Vakuumkammer geführt werden. Alternativ kann ein erstes Fensterelement für den ersten Lichtstrahl und ein von dem ersten Fensterelement verschiedenes weiteres Fensterelement für den weiteren Lichtstrahl vorhanden sein. Das Fensterelement kann in einer Wand der Vakuumkammer angeordnet sein. Des Weiteren kann eine Linse, ein Linsensystem und/oder eine Reflexionsoptik vorgesehen sein. Die Linse, das Linsensystem und/oder die Reflexionsoptik kann innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Die Linse, das Linsensystem und/oder die Reflexionsoptik ist zwischen der Lichtquelle und dem Koppelement positioniert. Insbesondere weist ein erster optischer Pfad und ein weiterer optischer Pfad jeweils eine zugehörige Linse, ein Linsensystem und/oder einen Reflexionsoptik auf. Insbesondere dient die Linse, das Linsensystem und/oder die Reflexionsoptik zum Fokussieren des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls auf die Fläche der metallischen Struktur, der Nanospitze und/oder des Koppelelementes. Vorzugsweise erfolgt die Fokussierung des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls derart, dass das Licht und/oder die zugehörige elektromagnetische Welle im Wesentlichen vollständig auf die metallische Struktur, die Nanospitze und/oder das Koppelelement trifft.Preferably, the metallic structure is disposed within a vacuum chamber. As a result, damage and / or destruction of the electron source, in particular due to ionization of the otherwise existing gases, can be avoided. A light source, in particular a laser and / or a laser light source, for irradiating the metallic structure, the nanotip and / or the coupling element can be arranged inside or outside the vacuum chamber. Preferably, the light source is arranged outside the vacuum chamber. The electromagnetic wave or the first light beam and / or the further light beam can be supplied to the metallic structure, the nanotip and / or the coupling element by a window element, which is associated in particular with the vacuum chamber. The first light beam and the further light beam can be guided through a single, common window element in the vacuum chamber. Alternatively, a first window element for the first light beam and a further window element different from the first window element for the further light beam may be present. The window element can be arranged in a wall of the vacuum chamber. Furthermore, a lens, a lens system and / or a reflection optics may be provided. The lens, the lens system and / or the reflection optics can be arranged inside or outside the vacuum chamber. The lens, the lens system and / or the reflection optics is positioned between the light source and the coupling element. In particular, a first optical path and a further optical path each have an associated lens, a lens system and / or a reflection optical system. In particular, the lens, the lens system and / or the reflection optics serve for focusing the first light beam and / or the further light beam onto the surface of the metallic structure, the nanotip and / or the coupling element. Preferably, the focusing of the first light beam and / or the further light beam is such that the light and / or the associated electromagnetic wave substantially completely hits the metallic structure, the nanotip and / or the coupling element.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein Detektorsystem zum Detektieren von Elektronen vorgesehen. Mittels des Detektorsystems können die eine Probe abbildenden Elektronen erfasst werden. Insbesondere lässt sich mittels des Detektorsystems eine räumliche Position eines Elektrons bei einem Auftreffen auf das Detektorsystem bestimmen. Vorzugsweise weist das Detektorsystem eine Erfassungseinrichtung zum Bestimmen einer kinetischen Energie der Elektronen auf. Somit kann mittels der Erfassungseinrichtung die kinetische Energie der Elektronen beim Auftreffen auf das Detektorsystem erfasst werden. Insbesondere ermöglicht das Detektorsystem sowohl eine Untersuchung und/oder Bestimmung des Ortes als auch einer kinetischen Energie und/oder Geschwindigkeit der erfassten Elektronen. Die Erfassungseinrichtung kann einen Delay-Line-Detektor aufweisen. Insbesondere ist die Erfassungseinrichtung als ein Delay-Line-Detektor ausgebildet. Die Erfassungseinrichtung und/oder der Delay-Line-Detektor kann in Kombination mit mindestens einer Mikrokanalplatte angeordnet sein. Die Verwendung von einer oder mehreren Mikrokanalplatten, insbesondere mit schräg zur Plattenebene verlaufenden Kanälen, ist aus üblichen Detektorsystemen bekannt. Bei üblichen Detektorsystemen werden derartige Mikrokanalplatten in Kombination mit einem Phosphorschirm benutzt. Hierbei dient der Phosphorschirm zur Darstellung der auftreffenden Elektronen bzw. der entstehenden Elektronenflecken. Anstelle des Phosphorschirms kann ein Delay-Line-Detektor vorhanden sein.According to another embodiment, a detector system for detecting electrons is provided. By means of the detector system, the electrons imaging a sample can be detected. In particular, it is possible by means of the detector system to determine a spatial position of an electron when hitting the detector system. The detector system preferably has a detection device for determining a kinetic energy of the electrons. Thus, by means of the detection device, the kinetic energy of the electrons can be detected when hitting the detector system. In particular, the detector system allows both an investigation and / or determination of the location as well as a kinetic energy and / or velocity of the detected electrons. The detection device may comprise a delay line detector. In particular, the detection device is designed as a delay line detector. The detection device and / or the delay line detector can be arranged in combination with at least one microchannel plate. The use of one or more microchannel plates, in particular with channels running obliquely to the plane of the plate, is known from conventional detector systems. In conventional detector systems, such microchannel plates are used in combination with a phosphor screen. Here, the phosphor screen is used to represent the impinging electrons or the resulting electron spots. Instead of the phosphor screen, a delay line detector may be present.
Die Lebensdauer der Elektronenquelle, insbesondere der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze, kann durch eine Verbesserung des Vakuums optimiert werden. Beispielsweise kann anstelle einer Turbo-Pumpe zum Erzeugen des Vakuums eine Ionengetterpumpe eingesetzt werden, wodurch das Vakuum verbessert wird. Des Weiteren ist von Vorteil, wenn die mechanische Stabilität des Aufbaus der Elektronenquelle, insbesondere eines Elektronenmikroskops, erhöht wird. Beispielsweise kann die mechanische Stabilität mittels einer kompakteren Bauweise erhöht werden. Die mechanische Stabilität im Bereich der Energiequelle und/oder der Probe kann erhöht werden, indem eine Fokussierung des ersten Lichtstrahls und/oder des weiteren Lichtstrahls außerhalb der Vakuumkammer vorgenommen wird. Insbesondere kann eine Linse, ein Linsensystem und/oder eine Reflexionsoptik außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Hierdurch kann die Zahl von Gegenständen innerhalb der Vakuumkammer minimiert werden. Beispielsweise kann die Zahl motorisierter Verfahrtische in der Vakuumkammer reduziert werden. Dies kann zudem auch zu einer Reduzierung der Kosten führen. Ebenfalls von Vorteil ist eine schwingungsgedämpfte Aufhängung der Elektronenquelle, insbesondere der metallischen Struktur und/oder Nanospitze. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Probe schwingungsgedämpft aufgehängt sein. Aufgrund der schwingungsgedämpften Aufhängung können Vibrationen minimiert werden. Hierdurch kann die räumliche und/oder zeitliche Auflösung bei der Verwendung der Elektronenquelle in einem Elektronenmikroskop zur Untersuchung einer Probe verbessert werden. Schließlich kann die Elektronenquelle, die metallische Struktur und/oder die Nanospitze von einer Abschirmung, insbesondere aus magnetisch hoch permeablem Metall, umgeben sein. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine passive Abschirmung. Beispielsweise kann die Vakuumkammer aus einem entsprechenden Material gebildet sein. Aufgrund einer solchen Abschirmung kann eine Beeinflussung der Elektronen in ihrer Ausbreitung durch externe, insbesondere elektromagnetische, Felder reduziert oder verhindert werden. Beispielsweise kann ein sogenanntes Mu-Metall eingesetzt werden.The lifetime of the electron source, in particular the metallic structure and / or the nanotip, can be optimized by improving the vacuum. For example, instead of a turbo pump for generating the vacuum, an ion getter pump can be used, whereby the vacuum is improved. Furthermore, it is advantageous if the mechanical stability of the structure of the electron source, in particular of an electron microscope, is increased. For example, the mechanical stability can be increased by means of a more compact design. The mechanical stability in the region of the energy source and / or the sample can be increased by focusing the first light beam and / or the further light beam outside the vacuum chamber. In particular, a lens, a lens system and / or a reflection optics may be arranged outside the vacuum chamber. This can minimize the number of objects within the vacuum chamber. For example, the number of motorized traversing tables in the vacuum chamber can be reduced. This can also lead to a reduction of costs. Another advantage is a vibration-damped suspension of the electron source, in particular the metallic structure and / or nanotip. Additionally or alternatively, the sample may be suspended vibration damped. Due to the vibration-damped suspension vibrations can be minimized. Thereby, the spatial and / or temporal resolution in the use of the electron source in an electron microscope for examining a sample can be improved. After all For example, the electron source, the metallic structure and / or the nanotip may be surrounded by a shield, in particular of magnetically highly permeable metal. This is preferably a passive shield. For example, the vacuum chamber may be formed of a corresponding material. Due to such a shield, an influence of the electrons in their propagation by external, in particular electromagnetic, fields can be reduced or prevented. For example, a so-called Mu metal can be used.
Ein Elektron kann an der Nanospitze aufgrund einer Mehr-Photonen-Anregung abgelöst und/oder ausgelöst werden. Insbesondere ist ein unerwünschtes Ablösen und/oder Auslösen von Elektronen aufgrund einer beispielsweise Ein-Photonen-Anregung im Bereich der metallischen Struktur und außerhalb der Nanospitze vermieden. Der Lichtpuls, der erste Lichtstrahl und/oder der weitere Lichtstrahl kann eine Energie von weniger als 50 Pikojoule aufweisen.An electron can be detached and / or triggered at the nanotip due to a multi-photon excitation. In particular, an undesired detachment and / or release of electrons due to, for example, one-photon excitation in the region of the metallic structure and outside the nanotip is avoided. The light pulse, the first light beam and / or the further light beam may have an energy of less than 50 picojoules.
Die metallische Struktur kann aus einem polykristallinen Material und/oder einem Draht, insbesondere einem Golddraht, hergestellt sein. Vorzugsweise wird das Material der metallischen Struktur in einer vorgegebenen Zeitdauer zum Auflösen von Korngrenzen erhitzt. Insbesondere wird das Material der metallischen Struktur auf eine Temperatur von mindestens 500 °Celsius oder 800° Celsius erhitzt. Das Material der metallischen Struktur kann in einer vorgegebenen Zeitdauer in einem erhitzten Zustand gehalten und/oder in einer vorgegebenen Zeitdauer auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Die vorgegebene Zeitdauer kann mindestens 6 Stunden oder genau 8 Stunden betragen.The metallic structure may be made of a polycrystalline material and / or a wire, in particular a gold wire. Preferably, the material of the metallic structure is heated in a predetermined time to dissolve grain boundaries. In particular, the material of the metallic structure is heated to a temperature of at least 500 ° Celsius or 800 ° Celsius. The material of the metallic structure may be maintained in a heated state for a predetermined period of time and / or cooled to ambient temperature in a predetermined period of time. The predetermined time can be at least 6 hours or exactly 8 hours.
Somit kann das Material der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze zunächst innerhalb von beispielsweise 8 Stunden auf eine Temperatur von 800° Celsius erhitzt werden. Anschließend kann das erhitzte Material für eine Dauer von weiteren 8 Stunden auf einer Temperatur von 800° Celsius gehalten werden. Daran anschließend kann das Material der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze über eine Zeitdauer von 8 Stunden auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Durch dieses Verfahren wird das Material entspannt. Insbesondere werden größere Kornstrukturen gebildet. Vorzugsweise ist die metallische Struktur und/oder die Nanospitze annähernd einkristallin ausbildbar. Insbesondere wird das Material der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze zum Auflösen von Korngrenzen im Bereich der sich verjüngenden metallischen Struktur und/oder der Nanospitze, insbesondere in einem Bereich zwischen dem Koppelelement und der Nanospitze, erhitzt.Thus, the material of the metallic structure and / or the nano-tip can first be heated to a temperature of 800 ° Celsius within, for example, 8 hours. Subsequently, the heated material can be maintained at a temperature of 800 ° C for a further 8 hours. Subsequently, the material of the metallic structure and / or the nano-tip can be cooled to ambient temperature over a period of 8 hours. By this method, the material is relaxed. In particular, larger grain structures are formed. Preferably, the metallic structure and / or the nanotip is approximately einkristallin ausbildbar. In particular, the material of the metallic structure and / or the nano-tip is heated to dissolve grain boundaries in the area of the tapering metallic structure and / or the nano-tip, in particular in a region between the coupling element and the nano-tip.
Gemäß einer Weiterbildung wird die sich verjüngende, insbesondere konische und/oder kegelförmige, Gestalt der metallischen Struktur und/oder die Nanospitze mittels Ätzen in einer Säure hergestellt. Hierbei kann das Ätzen elektrochemisch erfolgen. Als Säure kann eine Salzsäure, insbesondere eine 37-prozentige Lösung, verwendet werden. Insbesondere wird zum Ausbilden der sich verjüngenden metallischen Struktur und/oder der Nanospitze ein Draht, vorzugsweise ein Golddraht, zentriert in einer Öffnung eines Platinrings und/oder in einer vorgegebenen Tiefe in die Säure eingetaucht. Hierbei kann der Draht 20 μm bis 100 μm, vorzugsweise 50 μm, tief in die Säure eingetaucht werden. Der Platinring kann als Gegenelektrode für den Draht dienen. Zum Durchführen des elektrochemischen Ätzprozesses kann eine Spannung an den Draht und den Platinring angelegt werden. Insbesondere wird die sich verjüngende metallische Struktur und/oder die Nanospitze an einem freien Ende eines Drahtes hergestellt. Aufgrund des Eintauchens des freien Endes des Drahtes kriecht die Säure aufgrund von Kapillarkräften ein Stück weit an dem Draht hoch, wobei die Säure nach einem hinreichenden Materialabtrag von der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze abreißt. Aufgrund des Materialabtrages ist die sich verjüngende, konische und/oder kegelförmige Gestalt der metallischen Struktur und/oder der Nanospitze herstellbar.According to a development, the tapered, in particular conical and / or conical, shape of the metallic structure and / or the nano-tip is produced by means of etching in an acid. In this case, the etching can be carried out electrochemically. The acid used can be a hydrochloric acid, in particular a 37% solution. In particular, to form the tapered metallic structure and / or the nanotip, a wire, preferably a gold wire, immersed in an opening of a platinum ring and / or at a predetermined depth is immersed in the acid. Here, the
Vorzugsweise wird das Koppelelement beabstandet von der Nanospitze auf der Oberfläche der sich verjüngenden metallischen Struktur aufgebracht. Hierbei kann das Koppelelement, insbesondere in der Gestalt eines Gitterkopplers, mittels Ionenstrahllithografie und/oder FIB (engl.: Focussed Ion Beam milling) aufgebracht werden.Preferably, the coupling element is applied spaced from the nano-tip on the surface of the tapered metallic structure. In this case, the coupling element, in particular in the form of a grating coupler, by means of ion beam lithography and / or FIB (English: Focussed Ion Beam milling) can be applied.
Von besonderem Vorteil ist eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle in einem Elektronenmikroskop, insbesondere in einem ultraschnellen Elektronenmikroskop, in einem Punktprojektionsmikroskop, in einem Rastertunnelmikroskop, einem Transmissionselektronenmikroskop, in einem Raster-Photostrom-Mikroskop und/oder zum zeitaufgelösten Abbilden von Strömen und/oder elektromagnetischen Feldern in Materialen.Of particular advantage is a use of a method according to the invention and / or an electron source according to the invention in an electron microscope, in particular in an ultrafast electron microscope, in a point projection microscope, in a scanning tunneling microscope, a transmission electron microscope, in a raster photocurrent microscope and / or for time-resolved imaging of Currents and / or electromagnetic fields in materials.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the figures. Show it:
Die Kathode
Beabstandet von der Nanospitze
Die Elektronenquelle
Die Lichtquellen
Bei einer alternativen Ausführungsform können der erste Lichtstrahl
Zum Fokussieren des ersten Lichtstrahls
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die metallische Struktur
Außerhalb der Vakuumkammer
Im Bereich der Anode
Gemäß Schritt S12 wird die metallische Struktur
Sodann und zeitlich nachfolgend zu der Bestrahlung mit dem ersten Lichtstrahl
Aufgrund des weiteren Lichtstrahls
Der erste Lichtstrahl
Das Verfahren gemäß den Schritten S10 bis S17 kann beliebig oft wiederholt werden. Hierdurch ist eine Folge von Elektronenpulsen erzeugbar. Hierbei ist aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Beschädigung und/oder Veränderung der Nanospitze
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Elektronenquelleelectron source
- 1111
- Kathodecathode
- 1212
- Anodeanode
- 1313
- Spannungsquellevoltage source
- 1414
- Metallische StrukturMetallic structure
- 1515
- NanospitzeNano tip
- 1616
- Koppelelementcoupling element
- 1717
- Gitterliniegrid line
- 1818
- erstes Lasersystemfirst laser system
- 1919
- erster Lichtstrahlfirst light beam
- 2020
- Mittelachsecentral axis
- 2121
- Oberflächesurface
- 2222
- Linselens
- 2323
- Vakuumkammervacuum chamber
- 2424
- Fensterelementwindow element
- 2525
- weiterer Lichtstrahlanother light beam
- 2626
- weiteres Lasersystemanother laser system
- 2727
- erste Lichtquellefirst light source
- 2828
- weitere Lichtquelleanother light source
- 2929
- erster optischer Pfadfirst optical path
- 3030
- weiterer optischer Pfadanother optical path
- 3131
- weitere Linseanother lens
- 3232
- weiteres Fensterelementanother window element
- 3333
- Detektorsystemdetector system
- 3434
- Erfassungseinrichtungdetector
- 3535
- MikrokanalplatteMicrochannel plate
- S10S10
- Startbegin
- S11S11
- Spannung anlegenApply voltage
- S12S12
- Metallische Struktur mit erstem Lichtstrahl bestrahlenIrradiate metallic structure with first light beam
- S13S13
- Überführung von Elektronen in einen BildladungszustandTransfer of electrons into an image charge state
- S14S14
- Metallische Struktur mit weiterem Lichtstrahl bestrahlenIrradiate metallic structure with additional light beam
- S15S15
- Auslösen von Elektronen aus dem BildladungszustandTriggering electrons from the image charge state
- S16S16
- Abgeben eines ElektronenstrahlsDelivering an electron beam
- S17S17
- EndeThe End
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016110301.2A DE102016110301B3 (en) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Method for generating an electron beam and / or electron pulse and an electron source and their use |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016110301.2A DE102016110301B3 (en) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Method for generating an electron beam and / or electron pulse and an electron source and their use |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102016110301B3 true DE102016110301B3 (en) | 2016-11-17 |
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Patent Citations (3)
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