Fuente de iones metálicos líquidos

Una fuente de iones de metal líquido ( LMIS ) es una fuente de iones que utiliza metal que se calienta al estado líquido y se utiliza para formar un electrospray para formar iones . ^{[1] [2]} Un cono de Taylor de electrospray se forma mediante la aplicación de un campo eléctrico fuerte y los iones se producen por evaporación de campo en la punta afilada del cono, que tiene un campo eléctrico alto. Los iones de un LMIS se utilizan en la implantación de iones y en instrumentos de haz de iones enfocado . Normalmente, se prefiere el galio por su bajo punto de fusión, baja presión de vapor , su naturaleza relativamente no reactiva y porque el ion galio es lo suficientemente pesado para la molienda de iones .

La técnica LMIS se originó en el desarrollo de sistemas de propulsión de naves espaciales con propulsores coloidales . Las investigaciones que comenzaron a principios de la década de 1960 mostraron que el metal líquido puede generar grandes cantidades de iones. A principios de la década de 1970, estos resultados dieron lugar al desarrollo de microsondas de iones LMIS. Inicialmente, en el desarrollo de esta técnica, el metal líquido se suministraba mediante un tubo capilar . Este método puede ser difícil de controlar con corrientes de emisión bajas. La técnica de LMIS de "aguja roma" se descubrió por accidente a principios de la década de 1970. Para este método, se permite que una película delgada de metal líquido fluya hasta el ápice de una aguja afilada. ^[3]

La mayoría de los instrumentos de haz de iones enfocados utilizan fuentes de iones de metal líquido (LMIS), a menudo con galio. En un LMIS de galio, el metal galio se coloca en contacto con una aguja de tungsteno y el galio calentado humedece el tungsteno y fluye hacia la punta de la aguja, donde las fuerzas opuestas de la tensión superficial y el campo eléctrico producen el cono de Taylor en forma de cúspide. El radio de la punta de este cono es de ~2 nm. El campo eléctrico en esta pequeña punta es típicamente mayor que 1 x 10 ⁸ V/cm y causa la ionización y la emisión de campo de los átomos de galio. Luego, los iones se aceleran a una energía de 1–50 keV y se enfocan sobre la muestra con lentes electrostáticas . El LMIS produce un haz de iones de alta densidad de corriente con una pequeña dispersión de energía y puede entregar decenas de nanoamperios de corriente a una muestra con un tamaño de punto de unos pocos nanómetros.