Co je elektronový mikroskop?

Elektronový mikroskop je typ mikroskopu, který pro zobrazování používá spíše elektrony než fotony - jako konvenční světelný mikroskop. Protože elektrony mají mnohem menší vlnovou délku než fotony, poskytují mnohem větší zvětšení. Elektrony jsou malé „satelity“, které obíhají kolem atomového jádra a nesou elektrický náboj - tyto částice jsou tak malé, že ve fyzice jsou často modelovány jako body. Přesto jsou světelné vlny mnohem větší, například s vlnovou délkou kolem 500 nanometrů pro zelenou barvu.

Nejlepší optické mikroskopy nabízejí pouze zvětšení vzorku asi 2000x, zatímco některé elektronové mikroskopy mohou zvětšit vzorek 50krát; na rozdíl od toho je typický 2 milionkrát. To pracuje na hranici rozlišení asi 0,1 nanometrů, což umožňuje pozorování jednotlivých atomů na povrchu. Elektronový mikroskop byl vynalezen v roce 1931, kdy byl první funkční prototyp postaven Ernstem Ruska a Maxem Knollem. Ruska byla nakonec za jeho výkon udělena Nobelova cena za fyziku (1986).

Existují čtyři typy elektronových mikroskopů, z nichž první dva jsou nejběžnější: transmisní elektronový mikroskop (TEM), skenovací elektronový mikroskop (SEM), reflexní elektronový mikroskop (REM) a skenovací přenosový elektronový mikroskop (STEM).

Transmisní elektronový mikroskop je elektronový mikroskop, jak byl původně vynalezen. Při použití vzorku, který je pro elektrony poloprůhledný, je elektronový paprsek vystřelen přímo skrz vzorek. Přijímač na druhé straně měří hustotu elektronů v každém jednotlivém bodě a zkompiluje je do obrazu ve stupních šedi. Toto je obrázek vzorku.

Skenovací elektronový mikroskop má o něco menší rozlišení než TEM, ale stále je nejoblíbenější variantou elektronového mikroskopu. Jak jeho název napovídá, skenovací elektronový mikroskop skenuje elektronový paprsek přes vzorek. Namísto analýzy původního paprsku na informace o složení vzorku snímače snímají sekundární elektrony uvolňované z povrchu vzorku excitací z primárního paprsku. To obětuje určité rozlišení pro 3D obraz vzorku. To je více než hodnota kompromisu a SEM jsou tedy nejoblíbenější elektronové mikroskopy.

Většina skenovacích elektronových mikroskopů je velmi drahá na nákup a údržbu. Vyžadují stabilní zdroj vysokého napětí, vakuové čerpadlo a chladicí cívky. Vzorky musí být připraveny, obvykle potažením tenkou vrstvou vodivého materiálu, jako je zlato.