Co to jest mikroskop elektronowy?

Mikroskop elektronowy jest rodzajem mikroskopu, który do obrazowania wykorzystuje raczej elektrony niż fotony - jak robi to konwencjonalny mikroskop świetlny. Ponieważ elektrony mają znacznie mniejszą długość fali niż fotony, zapewniają znacznie większe powiększenie. Elektrony to małe „satelity”, które krążą wokół jądra atomowego i przenoszą ładunek elektryczny - cząstki te są tak małe, że w fizyce często są modelowane jako punkty. Jednak fale świetlne są znacznie większe, na przykład o długości fali około 500 nanometrów dla koloru zielonego.

Najlepsze mikroskopy optyczne oferują powiększenie próbki około 2000X, podczas gdy niektóre mikroskopy elektronowe mogą powiększyć próbkę 50 milionów razy; przeciwnie, 2 miliony razy jest bardziej typowe. Działa to do granicy rozdzielczości około 0,1 nanometra, umożliwiając obserwację poszczególnych atomów na powierzchni. Mikroskop elektronowy został wynaleziony w 1931 roku, kiedy pierwszy działający prototyp zbudowali Ernst Ruska i Max Knoll. Ruska ostatecznie otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki (1986) za swoje osiągnięcia.

Istnieją cztery rodzaje mikroskopów elektronowych, z których dwa pierwsze są najczęstsze: transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM), skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), refleksyjny mikroskop elektronowy (REM) i skaningowy transmisyjny mikroskop elektronowy (STEM).

Transmisyjny mikroskop elektronowy jest mikroskopem elektronowym, tak jak został pierwotnie wynaleziony. Za pomocą próbki półprzezroczystej dla elektronów wiązka elektronów jest wystrzeliwana bezpośrednio przez próbkę. Odbiornik po drugiej stronie mierzy gęstość elektronów w każdym punkcie i kompiluje je w obraz w skali szarości. To jest obraz próbki.

Skaningowy mikroskop elektronowy ma nieco mniejszą rozdzielczość niż TEM, ale nadal jest najpopularniejszą odmianą mikroskopu elektronowego. Jak sama nazwa wskazuje, skaningowy mikroskop elektronowy skanuje wiązkę elektronów w poprzek próbki. Zamiast analizować oryginalną wiązkę pod kątem informacji o składzie próbki, czujniki wychwytują elektrony wtórne uwalniane z powierzchni próbki przez wzbudzenie z wiązki pierwotnej. To poświęca pewną rozdzielczość dla obrazu 3D próbki. Jest to więcej niż warte kompromisu, a SEM są odpowiednio najpopularniejszymi mikroskopami elektronowymi.

Większość skanujących mikroskopów elektronowych jest bardzo kosztowna w zakupie i utrzymaniu. Wymagają stabilnego źródła prądu o wysokim napięciu, pompy próżniowej i cewek chłodzących. Próbki należy przygotować, zwykle pokrywając je cienką warstwą materiału przewodzącego, takiego jak złoto.