透過型電子顕微鏡とは何ですか?

透過型電子顕微鏡(TEM)は、電子ビームが非常に薄く切断された試料を通過するイメージング技術です。 電子が試料を透過し、その構造と相互作用すると、画像が解像され、それが拡大されて写真フィルムや蛍光スクリーンなどの画像媒体に焦点が合わせられるか、特別なCCDカメラでキャプチャされます。 透過型電子顕微鏡で使用される電子の波長は非常に短いため、TEMは、光線に依存する従来の光学顕微鏡よりもはるかに高い解像度でイメージングできます。 TEMは分解能が高いため、ウイルス学、癌研究、材料研究、マイクロエレクトロニクスの研究開発の分野で重要な役割を果たします。

最初のTEMプロトタイプは1931年に構築され、1933年までに、光よりも高い分解能を持つユニットが、試験片として綿繊維の画像を使用して実証されました。 次の数十年にわたって、透過型電子顕微鏡の画像処理能力は洗練され、この技術は生物標本の研究に役立ちました。 1939年にドイツで最初の電子顕微鏡が導入された後、第二次世界大戦によってさらなる開発が遅れ、主要な研究所が爆撃され、2人の研究者が亡くなりました。 戦後、倍率100kの最初の電子顕微鏡が導入されました。 その基本的な多段設計は、最新の透過型電子顕微鏡でも見られます。

TEM技術の成熟に伴い、1970年代に関連技術である走査透過電子顕微鏡(STEM)が改良されました。 電界放出銃と改良された対物レンズの開発により、STEMを使用した原子のイメージングが可能になりました。 STEMテクノロジーの開発の多くは、透過型電子顕微鏡の進歩に起因しています。

TEMには通常、集光レンズ、対物レンズ、プロジェクターレンズの3つのレンズステージが組み込まれています。 一次電子ビームは集光レンズによって形成され、対物レンズは試料を通過するビームの焦点を合わせます。 投影レンズはビームを拡大し、電子スクリーンやフィルムシートなどのイメージングデバイスに投影します。 他の特殊なレンズは、ビームの歪みを補正するために使用されます。 また、エネルギーフィルタリングは、色収差を補正するためにも使用されます。色収差は、レンズが同じ収束点ですべての色のスペクトルを集束できないために生じる歪みの一種です。

さまざまな透過型電子顕微鏡システムは特定の設計が異なりますが、いくつかのコンポーネントとステージが共通しています。 これらの最初のものは、電子流を生成し、オペレータがビームを向けることができる静電プレートとレンズを組み込んだ真空システムです。 試料台には、研究対象の物体をストリームに挿入できるエアロックが含まれています。 この段階のメカニズムにより、最適なビューのために標本を配置できます。 電子銃は、TEMを介して電子流を「ポンピング」するために使用されます。 最後に、光学レンズと同様に作用する電子レンズが物体面を再現します。

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