Побудова електронно-оптичної схеми електростатичного квазісферичного енергооаналізатора дефлекторного типу

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342477

Ключові слова:

мультипольний підхід, електростатичний енергоаналізатор дефлекторного типу, квазісферичне поле, осесиметричний мультиполь, кутові аберації

Анотація

У цьому дослідженні розглянуто електростатичні енергоаналізатори дефлекторного типу, призначені для аналізу енергії потоків заряджених частинок.

Метою роботи є усунення квадратичних кутових аберацій, характерних для класичних сферичних енергоаналізаторів дефлекторного типу, які обмежують якість кутового фокусування та енергетичну роздільну здатність приладів.

Запропоновано електронно-оптичну схему електростатичного квазісферичного енергоаналізатора дефлекторного типу, поле якого синтезоване з використанням мультипольного підходу. Електростатичне поле енергоаналізатора являє собою суперпозицію осесиметричного гексаполя та сферичного поля. Аналітичні розрахунки показали, що вибором коефіцієнта, який визначає ваговий внесок осесиметричного гексаполя, можна повністю компенсувати кутові аберації другого порядку та суттєво покращити фокусуючі властивості квазісферичного енергоаналізатора.

Визначено профіль відхиляючих електродів енергоаналізатора, який забезпечує необхідний просторовий розподіл потенціалу відхиляючого поля для досягнення заданих електронно-оптичних параметрів. За допомогою чисельної програми «Focus» виконано моделювання електронно-оптичної схеми квазісферичного енергоаналізатора та розрахунок траєкторій руху заряджених частинок.

Електронно-оптична схема енергоаналізатора реалізує режим кутового фокусування другого порядку типу «вісь-кільце». Побудовано інструментальну функцію схеми, оцінено відносну енергетичну роздільну здатність і світлосилу енергоаналізатора. Чисельні результати показали, що відносна енергетична роздільна здатність енергоаналізатора становить 1,6% при світлосилі 17,5% від 2π, що підтверджує ефективність запропонованої схеми.

Запропонована електронно-оптична схема може бути використана для розроблення реальних конструкцій нових високороздільних спектрометрів, призначених для аналізу потоків заряджених частинок.

Біографії авторів

Zhanar Kambarova, Karaganda Buketov University

PhD in Physics, Professor

Department of Physics and Nanotechnology

Serik Kassymov, Karaganda Buketov University

Сandidate of Physical and Mathematical Sciences, Professor

Department of Science

Посилання

  1. Cara, A., Lavraud, B., Fedorov, A., De Keyser, J., DeMarco, R., Marcucci, M. F. et al. (2017). Electrostatic analyzer design for solar wind proton measurements with high temporal, energy, and angular resolutions. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 122 (2), 1439–1450. Portico. https://doi.org/10.1002/2016ja023269
  2. Hirahara, M., Takei, T., Yokota, S., Yanagimachi, T. (2023). Triple‐Dome Electrostatic Energy Analyzer With 360° Field‐Of‐View for Simultaneous Measurements of Ions and Electrons. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128 (10). https://doi.org/10.1029/2023ja031423
  3. Hénaff, G., Berthomier, M. (2025). Parametric Study of the Performance of an Electrostatic Analyzer With an Hemispheric Field‐of‐View Based on the Donut Topology. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 130 (3). https://doi.org/10.1029/2024ja033367
  4. Sablik, M. J., Winningham, J. D., Gurgiolo, C., Johnstone, A. D. (1985). Computer simulation of an electrostatic spherical analyzer used as an energy spectrograph. Review of Scientific Instruments, 56 (7), 1320–1328. https://doi.org/10.1063/1.1137998
  5. Kisker, E., Campagna, M., Gudat, W., Kuhlmann, E. (1979). Properties and operation of a 90° spherical deflector as photoelectron energy analyzer in connection with spin-polarization measurements by Mott scattering. Review of Scientific Instruments, 50 (12), 1598–1601. https://doi.org/10.1063/1.1135773
  6. DeSerio, R. (1989). Spherical sector electrostatic analyzers for measurements of energy and angular distributions. Review of Scientific Instruments, 60 (3), 381–388. https://doi.org/10.1063/1.1140386
  7. Daimon, H., Ino, S. (1990). Improvement of the spherical mirror analyzer. Review of Scientific Instruments, 61 (1), 57–60. https://doi.org/10.1063/1.1141923
  8. Vilppola, J. H., Tanskanen, P. J., Barraclough, B. L. (1998). Simulations of a spherical section electrostatic analyzer. COSPAR Colloquia Series, 75–84. https://doi.org/10.1016/s0964-2749(98)80013-9
  9. McGarity, J. O., Huber, A., Pantazis, J., Oberhardt, M. R., Hardy, D. A., Slutter, W. E. (1992). Compact ion/electron analyzer for spaceflight or laboratory use. Review of Scientific Instruments, 63 (3), 1973–1977. https://doi.org/10.1063/1.1143314
  10. Tusche, C., Chen, Y.-J., Schneider, C. M., Kirschner, J. (2019). Imaging properties of hemispherical electrostatic energy analyzers for high resolution momentum microscopy. Ultramicroscopy, 206, 112815. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2019.112815
  11. Harkoma, M., Aksela, S. (2002). A study of the Double-pass Jost Electron Energy Analyzer. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 122 (3), 209–219. https://doi.org/10.1016/s0368-2048(01)00354-1
  12. Takahashi, N., Matsui, F., Matsuda, H., Hamada, Y., Nakanishi, K., Namba, H., Daimon, H. (2008). Improvement of display-type spherical mirror analyzer for real space mapping of electronic and atomic structures. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 163 (1-3), 45–50. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2008.02.004
  13. Kotsugi, M., Miyatake, Y., Enomoto, K., Fukumoto, K., Kobayashi, A., Nakatani, T. et al. (2001). Construction of two-dimensional photoelectron spectrometer at SPring-8. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 467-468, 1493–1496. https://doi.org/10.1016/s0168-9002(01)00733-1
  14. Huber, A., Plies, E. (1999). Numerical ray tracing of electrons in different 3D fringing fields of spherical deflectors. Charged Particle Optics IV, 3777, 264–274. https://doi.org/10.1117/12.370136
  15. Sagara, T., Boesten, L., Nishida, S., Okada, K. (2000). Resolution improvements for hemispherical energy analyzers. Review of Scientific Instruments, 71 (11), 4201–4207. https://doi.org/10.1063/1.1319979
  16. Ceballos, G. A., Grzelakowski, K. P. (2021). Electron Optical Optimisation of an Imaging Energy Analyser: Real Model Field- and Trajectory Simulations Applied to k-Space Visualisation of Electronic States. Advances in Electrical and Electronic Engineering, 19 (4). https://doi.org/10.15598/aeee.v19i4.4289
  17. Grzelakowski, K. P. (2013). A flange on electron spectromicroscope with spherical deflector analyzer – simultaneous imaging of reciprocal and real spaces. Ultramicroscopy, 130, 29–35. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2013.02.015
  18. Grzelakowski, K. (2012). A novel imaging energy filter for cathode lens electron microscopy. Ultramicroscopy, 116, 95–105. https://doi.org/10.1016/j.ultramic.2012.03.010
  19. Nohno, T., Matsui, F., Hamada, Y., Matsumoto, H., Takeda, S., Hattori, K., Daimon, H. (2003). Development of High-Energy-Resolution Display-Type Photoelectron Spectrometer in the Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy Region. Japanese Journal of Applied Physics, 42 (Part 1, No. 7B), 4752–4755. https://doi.org/10.1143/jjap.42.4752
  20. Kambarova, Z. (2023). Expansion of the functional capacities of electrostatic mirror analyzers for electron spectroscopy. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (125)), 53–61. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289781
  21. Assylbekova, S. N., Saulebekov, А. О., Kambarova, Zh. T., Orakbai, A. (2016). Modeling of electrostatic collimator of charged particles beams on the basis of spherical mirror. Eurasian Physical Technical Journal, 13, 1 (25), 22–26.
  22. Kambarova, Zh. T. (2021). About the possibility of creating an efficient energy analyzer of charged particle beams based on axiallysymmetric octupole-cylindrical field. Eurasian Physical Technical Journal, 18 (2), 96–102. https://doi.org/10.31489/2021no2/96-102
  23. Kambarova, Zh. T., Trubitsyn, A. A., Saulebekov, A. O. (2018). Axially Symmetric Energy Analyzer Based on the Electrostatic Decapole-Cylindrical Field. Technical Physics, 63 (11), 1667–1671. https://doi.org/10.1134/s1063784218110142
  24. Zashkvara, V. V., Tyndyk, N. N. (1999). The method for the calculation of multipole-cylindrical fields. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 423 (2-3), 223–231. https://doi.org/10.1016/s0168-9002(98)01262-5
  25. Zashkvara, V. V., Tyndyk, N. N. (1996). Potential fields based on circular multipole series. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 370 (2-3), 452–460. https://doi.org/10.1016/0168-9002(95)00809-8
  26. Sautbekova, Z., Trubitsyn, A. (2022). Focus CPM software for trajectory analysis of real axially symmetric electrostatic mirrors: methods and algorithms. Eurasian Physical Technical Journal, 19 (3 (41)), 91–96. https://doi.org/10.31489/2022no3/91-96
Побудова електронно-оптичної схеми електростатичного квазісферичного енергооаналізатора дефлекторного типу

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-10-31

Як цитувати

Kambarova, Z., & Kassymov, S. (2025). Побудова електронно-оптичної схеми електростатичного квазісферичного енергооаналізатора дефлекторного типу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (137), 50–59. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342477

Номер

Том 5 № 5 (137) (2025): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Zhanar Kambarova, Serik Kassymov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.