電子顕微鏡とは何ですか？

電子顕微鏡は、従来の光学顕微鏡とは異なり、イメージングに光子ではなく電子を使用する顕微鏡の一種です。 電子は光子よりもはるかに短い波長を持っているため、はるかに大きな倍率を提供します。 電子は、原子核を周回して電荷を運ぶ小さな「衛星」です。これらの粒子は非常に小さいため、物理学ではしばしば点としてモデル化されます。 しかし、光の波ははるかに大きく、たとえば緑色の波長は約500ナノメートルです。

最高の光学顕微鏡では、サンプルの倍率が約2000倍しかありませんが、一部の電子顕微鏡ではサンプルを5,000万倍に拡大できます。 対照的に、200万回がより一般的です。 これは、約0.1ナノメートルの分解能限界まで機能し、表面上の個々の原子を観察できます。 電子顕微鏡は1931年に発明され、最初の実用プロトタイプはエルンストルスカとマックスノールによって作成されました。 Ruskaは、その功績により、最終的にノーベル物理学賞（1986年）を受賞しました。

電子顕微鏡には4つのタイプがあり、最初の2つが最も一般的です：透過型電子顕微鏡（TEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）、反射型電子顕微鏡（REM）、および走査型透過電子顕微鏡（STEM）。

透過型電子顕微鏡は、元々発明された電子顕微鏡です。 電子に対して半透明なサンプルを使用すると、サンプルを通して電子ビームが直接発射されます。 反対側の受信機は、個々のポイントの電子密度を測定し、それらをグレースケール画像にまとめます。 これはサンプルの画像です。

走査型電子顕微鏡の分解能はTEMに比べてやや劣りますが、依然として最も人気のある電子顕微鏡の種類です。 その名前が示すように、走査型電子顕微鏡はサンプル全体にわたって電子ビームをスキャンします。 サンプルの構成に関する情報を得るために元のビームを分析する代わりに、センサーは、一次ビームからの励起を介してサンプルの表面から放出される二次電子をピックアップします。 これにより、サンプルの3D画像の解像度が多少犠牲になります。 これはトレードオフの価値があり、SEMは最も人気のある電子顕微鏡です。

ほとんどの走査型電子顕微鏡は、購入と保守に非常に費用がかかります。 安定した高電圧電源、真空ポンプ、冷却コイルが必要です。 サンプルは、通常、金などの導電性材料の薄い層でコーティングすることによって準備する必要があります。