Wat is een elektronenmicroscoop?
Een elektronenmicroscoop is een soort microscoop die elektronen gebruikt in plaats van fotonen - zoals een conventionele lichtmicroscoop doet - voor beeldvorming. Omdat elektronen een veel kleinere golflengte hebben dan fotonen, bieden ze een veel grotere vergroting. Elektronen zijn de kleine "satellieten" die rond de atoomkern draaien en elektrische lading dragen - deze deeltjes zijn zo klein dat ze in de fysica vaak als punten worden gemodelleerd. Toch zijn lichtgolven veel groter, bijvoorbeeld met een golflengte van ongeveer 500 nanometer voor de kleur groen.
De beste optische microscopen bieden slechts ongeveer 2000X vergroting van een monster, terwijl sommige elektronenmicroscopen een monster 50 miljoen keer kunnen vergroten; daarentegen is 2 miljoen keer meer typisch. Dit komt overeen met een resolutielimiet van ongeveer 0,1 nanometer, waardoor individuele atomen op een oppervlak kunnen worden waargenomen. De elektronenmicroscoop werd uitgevonden in 1931, toen het eerste werkende prototype werd gebouwd door Ernst Ruska en Max Knoll. Ruska ontving uiteindelijk de Nobelprijs voor de natuurkunde (1986) voor zijn prestatie.
Er zijn vier soorten elektronenmicroscopen, de eerste twee zijn de meest voorkomende: de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM), scanning-elektronenmicroscoop (SEM), reflectie-elektronenmicroscoop (REM) en de scanning-transmissie-elektronenmicroscoop (STEM).
De transmissie-elektronenmicroscoop is de elektronenmicroscoop zoals deze oorspronkelijk werd uitgevonden. Met behulp van een monster dat semi-transparant is voor elektronen, wordt een elektronenstraal rechtstreeks door het monster afgevuurd. Een ontvanger aan de andere kant meet de dichtheid van elektronen op elk individueel punt en compileert ze in een grijswaardenafbeelding. Dit is de afbeelding van het monster.
Een scanning elektronenmicroscoop heeft iets minder resolutie dan een TEM, maar is nog steeds de meest populaire variëteit van elektronenmicroscopen. Zoals de naam al aangeeft, scant een scanning-elektronenmicroscoop een elektronenstraal over het monster. In plaats van de originele straal te analyseren voor informatie over de samenstelling van het monster, nemen sensoren secundaire elektronen op die vrijkomen van het oppervlak van het monster via excitatie van de primaire straal. Hiermee wordt enige resolutie opgeofferd voor een 3D-afbeelding van het monster. Dit is meer dan de moeite waard en SEM's zijn daarom de populairste elektronenmicroscopen.
De meeste scanning elektronenmicroscopen zijn erg duur in aanschaf en onderhoud. Ze vereisen een stabiele hoogspanningsbron, een vacuümpomp en koelspiralen. Monsters moeten worden bereid, meestal door ze te coaten met een dunne laag geleidend materiaal zoals goud.