Microscop electronic

Un microscop electronic (EM) este un dispozitiv care vă permite să obțineți o imagine a obiectelor cu o mărire maximă de până la 10 6 ori, datorită utilizării, spre deosebire de un microscop optic, în locul unui flux luminos, a unui fascicul de electroni cu energii . de 200 eV  - 400 keV sau mai mult (de exemplu, rezoluția microscoapelor electronice cu transmisie cu o tensiune de accelerare de 1 MV ) .

Lungimea de undă de Broglie a electronilor accelerați într-un câmp electric cu o diferență de potențial de 1000 V este de 0,4 Å , care este mult mai mică decât lungimea de undă a luminii vizibile [1] . Ca urmare, rezoluția unui microscop electronic poate depăși rezoluția unui microscop optic tradițional de peste 10.000 de ori . Pentru a obține o imagine într-un microscop electronic, se folosesc lentile magnetice speciale care controlează mișcarea electronilor în coloana dispozitivului folosind un câmp electromagnetic .

Istoria dezvoltării microscopului electronic

În 1931, R. Rudenberg a primit un brevet pentru un microscop electronic cu transmisie , iar în 1932, M. Knoll și E. Ruska au construit primul prototip al unui instrument modern. Această lucrare a lui E. Ruska în 1986 a fost distinsă cu Premiul Nobel pentru Fizică, care i-a fost acordat lui și inventatorilor microscopului cu sonda de scanare , Gerd Karl Binnig și Heinrich Rohrer . Utilizarea microscopului electronic cu transmisie pentru cercetarea științifică a început la sfârșitul anilor 1930, iar în același timp a apărut primul instrument comercial construit de Siemens .

La sfârșitul anilor 1930 și începutul anilor 1940, au apărut primele microscoape electronice cu scanare, care formează o imagine a unui obiect prin mișcarea secvenţială a unei sonde de electroni cu o mică secțiune transversală peste obiect. Utilizarea în masă a acestor dispozitive în cercetarea științifică a început în anii 1960, când au atins o perfecțiune tehnică semnificativă.

Un salt semnificativ (în anii 1970) în dezvoltare a fost utilizarea catozilor Schottky și a catozilor cu emisie de câmp rece în locul catozilor termoionici, dar utilizarea lor necesită un vid mult mai mare .

La sfârșitul anilor 1990 și începutul anilor 2000, computerizarea și utilizarea detectorilor CCD au simplificat foarte mult imaginea digitală.

În ultimul deceniu, microscoapele electronice cu transmisie avansate moderne au folosit corectori pentru aberațiile sferice și cromatice, care introduc distorsiuni majore în imaginea rezultată. Cu toate acestea, utilizarea lor poate complica semnificativ utilizarea dispozitivului.

În 2018, oamenii de știință americani au reușit să obțină o rezoluție a unui microscop electronic de 3,9 * 10 −11  m [2] .

Tipuri de dispozitive

Microscopia electronică cu transmisie

Microscopul electronic cu transmisie (TEM) folosește un fascicul de electroni de înaltă energie pentru a forma o imagine. Fasciculul de electroni este creat cu ajutorul unui catod (tungsten, LaB 6 , Schottky sau emisie de câmp rece). Fasciculul de electroni rezultat este de obicei accelerat la 80–200 keV (se folosesc diverse tensiuni de la 20 kV la 1 MV), este focalizat de un sistem de lentile magnetice (uneori lentile electrostatice ), trece prin eșantion, astfel încât unii dintre electroni să fie împrăștiate pe eșantion, iar unele nu sunt. Astfel, fasciculul de electroni trecut prin eșantion poartă informații despre structura eșantionului. Apoi, fasciculul trece printr-un sistem de lentile de mărire și formează o imagine pe un ecran luminiscent (de obicei realizat din sulfură de zinc), o placă fotografică sau o cameră CCD .

Rezoluția TEM este limitată în principal de aberația sferică . Unele TEM moderne au corectori de aberație sferică .

Principalele dezavantaje ale TEM sunt necesitatea unei probe foarte subțiri (de ordinul a 100 nm) și instabilitatea (descompunerea) probelor sub fascicul.

Microscopie electronică cu scanare cu transmisie (SEM)

Un tip de microscopie electronică cu transmisie (TEM); cu toate acestea, există dispozitive care funcționează exclusiv în modul PREM. Un fascicul de electroni este trecut printr-o probă relativ subțire, dar, spre deosebire de microscopia electronică cu transmisie convențională, fasciculul de electroni este focalizat într-un punct care se deplasează peste eșantion de-a lungul rasterului.

Microscopie electronică raster (scanare)

Se bazează pe principiul televiziunii de a mătura un fascicul subțire de electroni pe suprafața probei.

Colorat

În configurațiile lor cele mai comune, microscoapele electronice produc imagini cu o valoare separată a luminozității per pixel, rezultatele fiind afișate de obicei în tonuri de gri . [3] Cu toate acestea, adesea aceste imagini sunt apoi colorate prin utilizarea unui software sau pur și simplu prin editare manuală cu un editor de imagini. Acest lucru se face de obicei pentru un efect estetic sau pentru a rafina structura și, de obicei, nu adaugă informații despre model. [patru]

În unele configurații, mai multe informații despre proprietățile eșantionului pot fi colectate pe pixel prin utilizarea mai multor detectoare. [5] În SEM, atributele topografiei și topografiei unui material pot fi capturate folosind o pereche de detectoare electronice de reflectanță și astfel de atribute pot fi suprapuse într-o singură imagine color, cu diferite culori primare atribuite fiecărui atribut. [6] Prin analogie, diferite culori pot fi atribuite combinațiilor de semnal electronic reflectat și secundar și suprapuse pe o micrografie color, arătând simultan proprietățile probei. [7]

Unele tipuri de detectoare utilizate în SEM au capacități analitice și pot furniza mai multe elemente de date per pixel. Exemple sunt detectoarele utilizate în sistemele de analiză elementară și microscop catodoluminiscență care analizează intensitatea și spectrul luminiscenței stimulate de electroni (cum ar fi în probele geologice). În sistemele SEM, utilizarea acestor detectoare este comună pentru codificarea culorilor semnalelor și suprapunerea lor într-o singură imagine color, astfel încât diferențele în distribuția diferitelor componente ale eșantionului să poată fi văzute și comparate clar. În plus, standardul secundar de imagistică electronică poate fi combinat cu unul sau mai multe canale compoziționale, astfel încât structura și compoziția probei să poată fi comparate. Astfel de imagini pot fi realizate menținând în același timp integritatea completă a semnalului original, care nu se modifică în niciun fel.

Dezavantaje

Microscoapele electronice sunt costisitoare de fabricat și întreținut, dar costul total și de operare al unui microscop optic confocal este comparabil cu microscoapele electronice de bază. Microscoapele care vizează obținerea de rezoluții mari trebuie amplasate în clădiri stabile (uneori subterane) și fără câmpuri electromagnetice externe. Probele ar trebui, în general, să fie considerate în vid, deoarece moleculele care alcătuiesc aerul vor împrăștia electroni. Microscoapele electronice cu scanare care funcționează în modul obișnuit de vid înalt imaginează de obicei o probă conductivă ; Prin urmare, materialele neconductoare necesită o acoperire conductivă (aur/paladiu, aliaj de carbon, osmiu etc.). Modul de joasă tensiune al microscoapelor moderne face posibilă observarea probelor neconductoare, neacoperite. Materialele neconductoare pot fi, de asemenea, fotografiate cu un microscop electronic cu scanare cu presiune variabilă (sau mediu).

Aplicații

Principalii producători mondiali de microscoape electronice

• Coxem - Coreea

Vezi și

• Microscop electronic de joasă tensiune
• Microscop
• Microscopie
• Metoda replica (microscopie)
• Microscopia electronică lentă
• Microscop cu ioni de heliu cu scanare
• Microscopia de reflexie

Note

1. ↑ Yavorsky B. M. , Pinsky A. A. Fundamentele fizicii. Volumul 2. - M., Nauka , 1974. - Tiraj 169.000 exemplare. - Cu. 180
2. ↑ Rachel Courtland. Revoluția microscopului care mătură știința materialelor (RO) // Natura. — 21.11.2018. - T. 563 . - S. 462 . - doi : 10.1038/d41586-018-07448-0 .
3. ↑ Burgess, Jeremy. Sub microscop: O lume ascunsă dezvăluită  (engleză) . - Cambridge University Press , 1987. - P. 11. - ISBN 0-521-39940-8 .
4. ↑ Introducere în microscopia electronică 15. Compania FEI. Preluat: 12 decembrie 2012. (nedefinit)
5. ↑ Antonovsky, A. The application of color to sem imaging for increase definition  //  Micron and Microscopica Acta : journal. - 1984. - Vol. 15 , nr. 2 . - P. 77-84 . - doi : 10.1016/0739-6260(84)90005-4 .
6. ↑ Danilatos, GD Micrografii color pentru semnale de electroni retroîmprăștiate în SEM  //  Scanare: jurnal. - 1986. - Vol. 9 , nr. 3 . - P. 8-18 . - doi : 10.1111/j.1365-2818.1986.tb04287.x .
7. ↑ Danilatos, GD Microscopie electronică cu scanare de mediu în culoare  (nedefinită)  // J. Microscopy. - 1986. - T. 142 . - S. 317-325 . - doi : 10.1002/sca.4950080104 .

Link -uri

Literatură

• Microscop electronic / P. A. Stoyanov // Bookplate - Yaya. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1978. - ( Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / redactor-șef A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 30).
• Microscopie electronică / A. E. Lukyanov // Bookplate - Yaya. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1978. - ( Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / redactor-șef A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 30).
• Utilizarea microscopiei electronice în biologie / N. A. Starosvetskaya, Ya. Yu. Komissarchik // Bookplate — Yaya. - M .  : Enciclopedia Sovietică, 1978. - ( Marea Enciclopedie Sovietică  : [în 30 de volume]  / redactor-șef A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, vol. 30).

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare norvegian Rusă mare in jurul lumii Britannica (online) Britannica (online) Universalis
În cataloagele bibliografice	BNF : 119811272 J9U : 987007538457205171 NDL : 00561446