Что такое электронный микроскоп?

Электронный микроскоп - это тип микроскопа, который использует электроны, а не фотоны, как это делает обычный световой микроскоп, для получения изображений. Поскольку электроны имеют гораздо меньшую длину волны, чем фотоны, они обеспечивают гораздо большее увеличение. Электроны - это крошечные «спутники», которые вращаются вокруг атомного ядра и несут электрический заряд - эти частицы настолько малы, что в физике они часто моделируются как точки. Тем не менее, световые волны намного больше, например, с длиной волны около 500 нанометров для зеленого цвета.

Лучшие оптические микроскопы дают увеличение образца примерно в 2000 раз, тогда как некоторые электронные микроскопы могут увеличивать образец в 50 миллионов раз; напротив, 2 миллиона раз более типично. Это работает до предела разрешения около 0,1 нм, что позволяет наблюдать отдельные атомы на поверхности. Электронный микроскоп был изобретен в 1931 году, когда Эрнст Руска и Макс Нолл построили первый рабочий прототип. Руска был в конечном итоге награжден Нобелевской премией по физике (1986) за его достижения.

Существует четыре типа электронных микроскопов, первые два из которых являются наиболее распространенными: просвечивающий электронный микроскоп (TEM), сканирующий электронный микроскоп (SEM), отражающий электронный микроскоп (REM) и сканирующий просвечивающий электронный микроскоп (STEM).

Просвечивающий электронный микроскоп - это электронный микроскоп в том виде, в котором он был изобретен изначально. Используя образец, который является полупрозрачным для электронов, электронный пучок пропускается непосредственно через образец. Приемник на другой стороне измеряет плотность электронов в каждой отдельной точке и собирает их в изображение в градациях серого. Это изображение образца.

Сканирующий электронный микроскоп имеет несколько меньшее разрешение, чем просвечивающий электронный микроскоп, но все еще является наиболее популярным видом электронного микроскопа. Как следует из названия, сканирующий электронный микроскоп сканирует электронный луч через образец. Вместо того, чтобы анализировать исходный пучок для получения информации о составе образца, датчики улавливают вторичные электроны, выделяющиеся с поверхности образца, посредством возбуждения от первичного пучка. Это жертвует некоторым разрешением для трехмерного изображения образца. Это более чем компромисс, и, соответственно, СЭМ являются наиболее популярными электронными микроскопами.

Большинство сканирующих электронных микроскопов очень дорого обходятся при покупке и обслуживании. Они требуют стабильного источника высокого напряжения, вакуумного насоса и охлаждающих змеевиков. Образцы должны быть подготовлены, как правило, путем нанесения на них тонкого слоя проводящего материала, такого как золото.