Che cos'è un microscopio elettronico?
Un microscopio elettronico è un tipo di microscopio che utilizza elettroni anziché fotoni - come fa un microscopio ottico convenzionale - per l'imaging. Poiché gli elettroni hanno una lunghezza d'onda molto inferiore rispetto ai fotoni, forniscono un ingrandimento molto maggiore. Gli elettroni sono i piccoli "satelliti" che orbitano attorno al nucleo atomico e trasportano carica elettrica: queste particelle sono così piccole che in fisica sono spesso modellate come punti. Tuttavia, le onde luminose sono molto più grandi, con una lunghezza d'onda di circa 500 nanometri per il colore verde, per esempio.
I migliori microscopi ottici offrono solo un ingrandimento di circa 2000X di un campione, mentre alcuni microscopi elettronici possono ingrandire un campione di 50 milioni di volte; al contrario, 2 milioni di volte è più tipico. Questo risolve un limite di risoluzione di circa 0,1 nanometri, consentendo l'osservazione di singoli atomi su una superficie. Il microscopio elettronico fu inventato nel 1931, quando il primo prototipo funzionante fu costruito da Ernst Ruska e Max Knoll. Ruska alla fine ricevette il premio Nobel per la fisica (1986) per i suoi successi.
Esistono quattro tipi di microscopi elettronici, i primi due sono i più comuni: il microscopio elettronico a trasmissione (TEM), il microscopio elettronico a scansione (SEM), il microscopio elettronico a riflessione (REM) e il microscopio elettronico a trasmissione a scansione (STEM).
Il microscopio elettronico a trasmissione è il microscopio elettronico come è stato originariamente inventato. Usando un campione semi-trasparente agli elettroni, un fascio di elettroni viene lanciato direttamente attraverso il campione. Un ricevitore dall'altro lato misura la densità degli elettroni in ogni singolo punto e li compila in un'immagine in scala di grigi. Questa è l'immagine del campione.
Un microscopio elettronico a scansione ha una risoluzione leggermente inferiore rispetto a un TEM, ma è ancora la varietà più popolare di microscopio elettronico. Come suggerisce il nome, un microscopio elettronico a scansione analizza un fascio di elettroni attraverso il campione. Invece di analizzare il raggio originale per informazioni sulla composizione del campione, i sensori raccolgono elettroni secondari rilasciati dalla superficie del campione tramite eccitazione dal raggio primario. Ciò sacrifica una certa risoluzione per un'immagine 3D del campione. Questo è più che degno di nota e i SEM sono di conseguenza i microscopi elettronici più popolari.
La maggior parte dei microscopi a scansione elettronica sono molto costosi da acquistare e mantenere. Richiedono una fonte di energia elettrica ad alta tensione stabile, una pompa per vuoto e batterie di raffreddamento. I campioni devono essere preparati, di solito rivestendoli con un sottile strato di materiale conduttivo come l'oro.