Svetlosni i elektronski mikroskopi. Elektronska mikroskopija

Transmisioni elektronski mikroskop je uređaj za dobijanje uvećanih slika mikroskopskih objekata, koji koristi elektronske zrake. Elektronski mikroskopi imaju veću rezoluciju od optičkih mikroskopa, a mogu se koristiti i za dobijanje dodatnih informacija o materijalu i strukturi predmeta.
Prvi elektronski mikroskop izgradili su 1931. godine njemački inženjeri Ernst Ruska i Max Barrel. Za ovo otkriće Ernst Ruska je 1986. dobio Nobelovu nagradu za fiziku. Podijelio ga je sa izumiteljima tunelskog mikroskopa jer je Nobelov komitet smatrao da su pronalazači elektronskog mikroskopa nepravedno zaboravljeni.
Elektronski mikroskop koristi fokusirane zrake elektrona za proizvodnju slika koje bombardiraju površinu predmeta koji se proučava. Slika se može posmatrati Različiti putevi– u zracima koji su prošli kroz objekat, u reflektovanim zracima, registrujući sekundarne elektrone ili rendgenske zrake. Fokusiranje elektronskog snopa pomoću posebnih elektronskih sočiva.
Elektronski mikroskopi mogu uvećati slike 2 miliona puta. Visoka rezolucija elektronskim mikroskopom postiže se zbog kratke talasne dužine elektrona. Dok se talasna dužina vidljive svetlosti kreće od 400 do 800 nm, talasna dužina elektrona ubrzanog pri potencijalu od 150 V iznosi 0,1 nm. Dakle, elektronski mikroskopi mogu praktično vidjeti objekte veličine atoma, iako je to praktično teško postići.
Šematska struktura elektronskog mikroskopa Struktura elektronskog mikroskopa može se razmotriti na primjeru uređaja koji radi u transmisiji. U elektronskom topu se formira monohromatski snop elektrona. Njegove karakteristike su poboljšane kondenzatorskim sistemom koji se sastoji od kondenzatorske dijafragme i elektronskih sočiva. U zavisnosti od tipa sočiva, magnetskog ili elektrostatičkog, razlikuje se magnetni i elektrostatički mikroskop. Nakon toga, snop udara u predmet, raspršujući se po njemu. Raštrkani snop prolazi kroz otvor blende i ulazi u sočivo objektiva, koje je dizajnirano da rasteže sliku. Istegnuti snop elektrona uzrokuje da fosfor svijetli na ekranu. Moderni mikroskopi koriste nekoliko nivoa uvećanja.
Dijafragma blende sočiva elektronskog mikroskopa je vrlo mala i iznosi stoti dio milimetra.
Ako se snop elektrona iz objekta usmjeri direktno na ekran, tada će objekt na njemu izgledati tamno, a oko njega će se formirati svijetla pozadina. Ova slika se zove Svitlopolnym. Ako u otvor objektiva objektiva ne ulazi osnovni snop, već raspršeni snop, tada tamno polje Slike. Slika tamnog polja je kontrastnija od slike u svetlom polju, ali je njena rezolucija niža.
Ima ih mnogo razne vrste i dizajn elektronskih mikroskopa. Glavni su:

Transmisioni elektronski mikroskop je uređaj u kojem snop elektrona svijetli kroz predmet.

Skenirajući elektronski mikroskop vam omogućava da proučavate pojedinačna područja objekta.

Skenirajući elektronski mikroskop koristi sekundarne elektrone koje je izbacio elektronski snop za ispitivanje površine objekta.

Reflektorski elektronski mikroskop koristi elastično raspršene elektrone.

Elektronski mikroskop takođe može biti opremljen sistemom za detekciju X-zraka, koje emituju visoko pobuđeni atomi materije kada se sudare sa elektronima visoke energije. Kada se elektron izbaci iz unutrašnje elektronske ljuske, nastaje karakteristično rendgensko zračenje, proučavanjem kojeg je moguće utvrditi hemijski sastav materijala.
Proučavanje spektra neelastično rasejanih elektrona omogućava dobijanje informacija o karakterističnim elektronskim pobudama u materijalu predmeta koji se proučava.
Elektronski mikroskopi se široko koriste u fizici, nauci o materijalima i biologiji.

Jučer sam slikao bijeli Audi. Ispostavilo se da je to odlična fotografija Audija sa strane. Šteta što se podešavanje ne vidi na fotografiji.

tehnološka arheologija)
Neki elektronski mikroskopi obnavljaju, drugi firmver svemirski brod, a drugi se bave reverznim inženjeringom dizajna kola mikrokola pod mikroskopom. Pretpostavljam da je ta aktivnost užasno uzbudljiva.
I, usput, sjetio sam se divnog posta o industrijskoj arheologiji.

Spoiler

Postoje dvije vrste korporativne memorije: ljudi i dokumentacija. Ljudi pamte kako stvari funkcioniraju i znaju zašto. Ponekad negdje zapišu te podatke i negdje pohrane svoje bilješke. To se zove "dokumentacija". Korporativna amnezija funkcionira na isti način: ljudi odlaze, a dokumentacija nestaje, trune ili se jednostavno zaboravlja.

Proveo sam nekoliko decenija radeći za veliku petrohemijsku kompaniju. Početkom 1980-ih projektirali smo i izgradili postrojenje koje pretvara ugljovodonike u druge ugljikovodike. Tokom sljedećih 30 godina, korporativno sjećanje na tvornicu je izblijedjelo. Da, fabrika i dalje radi i donosi novac kompaniji; održava se, a visokomudri stručnjaci znaju šta treba da povuku i gde da udare da bi postrojenje nastavilo da radi.

Ali kompanija je potpuno zaboravila kako ova fabrika radi.

Ovo se desilo zbog nekoliko faktora:

Pad petrohemijske industrije 1980-ih i 1990-ih doveo je do toga da prestanemo zapošljavati nove ljude. Krajem 1990-ih, našu grupu su činili momci ispod 35 ili preko 55 godina - sa vrlo rijetkim izuzecima.
Polako smo prešli na projektovanje korišćenjem kompjuterskih sistema.
Zbog korporativnih reorganizacija, morali smo fizički preseliti cijelu našu kancelariju s mjesta na mjesto.
Korporativno spajanje nekoliko godina kasnije potpuno je rastavilo našu firmu u veću, što je izazvalo veliku remont odjela i kadrovske promjene.
Industrijska arheologija

Početkom 2000-ih nekoliko mojih kolega i ja otišli smo u penziju.

Krajem 2000-ih, kompanija se sjetila biljke i pomislila da bi bilo lijepo učiniti nešto s njom. Recimo, povećati proizvodnju. Na primjer, možete pronaći usko grlo proizvodni proces i poboljšati ga - tehnologija nije stajala na mjestu ovih 30 godina - i, možda, dodati još jednu radionicu.

A onda kompanija juri u zid od opeke. Kako je izgrađena ova fabrika? Zašto je izgrađen na ovaj način, a ne drugačije? Kako tačno funkcioniše? Zašto je potrebna bačva A, zašto su radionice B i C povezane cevovodom, zašto cevovod ima prečnik D a ne D?

Korporativna amnezija na djelu. Ogromne mašine, koje su vanzemaljci izgradili uz pomoć svoje vanzemaljske tehnologije, bore kao da su namotane, proizvodeći hrpe polimera. Kompanija ima neku ideju kako da održava ove mašine, ali nema pojma kakva se čudesna magija dešava unutra, a niko nema ni najmanju ideju kako su nastale. Uglavnom, ljudi nisu ni sigurni šta tačno da traže, i ne znaju na kojoj strani da razmrse ovaj klupko.

Tražimo momke koji su već radili u kompaniji tokom izgradnje ovog pogona. Sada zauzimaju visoke pozicije i sjede u odvojenim, klimatiziranim kancelarijama. Oni imaju zadatak da pronađu dokumentaciju za određeno postrojenje. Ovo više nije korporativno pamćenje, to je više kao industrijska arheologija. Niko ne zna kakva dokumentacija postoji za ovo postrojenje, da li uopšte postoji, i ako postoji, u kom obliku se čuva, u kojim formatima, šta sadrži i gde se fizički nalazi. Postrojenje je projektovano projektni tim, koji više ne postoji, u kompaniji koja je u međuvremenu stečena, u kancelariji koja je zatvorena, koristeći metode pre-računarskog doba koje se više ne koriste.

Momci pamte svoje djetinjstvo uz obavezno kopanje po zemlji, zasukajte rukave skupih jakni i bacite se na posao.

uređaj za posmatranje i fotografisanje umnožavaju (do 10 6 puta) uvećane slike objekata, u kojima se, umesto svetlosnih zraka, koriste snopovi koji se ubrzavaju do visokih energija (30-100 keV ili više) u uslovima dubokog vakuuma. Physical Basics corpuscular-ray optički instrumenti osnovan 1834. (skoro sto godina prije pojave elektronskog mikroskopa) od strane U. R., koji je uspostavio analogije između svjetlosnih zraka u optički nehomogenim medijima i putanja čestica u polja sila. Izvodljivost stvaranja elektronskog mikroskopa postala je očigledna nakon njegovog napretka 1924. godine, a tehničke preduslove stvorio je njemački fizičar H. Busch, koji je proučavao fokusiranje osimetričnih polja i razvio magnetsko elektronsko sočivo (1926.). Godine 1928. njemački naučnici M. Knoll i E. Ruska započeli su stvaranje prvog magnetnog transmisionog elektronskog mikroskopa (TEM) i tri godine kasnije dobili su sliku objekta formiranog od zraka. U narednim godinama (M. von Ardenne, 1938; V.K., 1942) izgrađeni su prvi rasterski elektronski mikroskopi (SEM) koji rade na principu skeniranja (sweeping), odnosno sekvencijalnog kretanja tankog elektronskog snopa od tačke do tačke ( sonda) prema objektu. Do sredine 1960-ih. SEM-ovi su dostigli visoko tehničko savršenstvo i od tada su počeli da se koriste naučno istraživanje. FEM-ovi imaju najveći (PC), nadmašujući po ovom parametru svjetlosni mikroskopi nekoliko hiljada puta. T.n. Granica rezolucije, koja karakteriše uređaj da zasebno prikazuje najmanje moguće detalje objekta, je 2-3 za TEM. At povoljnim uslovima pojedinačni teški atomi se mogu fotografisati. Prilikom fotografisanja periodičnih struktura, kao što su atomske kristalne rešetke, moguće je postići rezoluciju manju od 1 . Tako visoke rezolucije postižu se zahvaljujući izuzetno kratkoj dužini (vidi). Optimalni otvor blende [vidi. u elektronskoj (i jonskoj) optici] se može smanjiti (utječući na PC elektronski mikroskop) sa dovoljno malom greškom difrakcije. Efikasne metode nikakva korekcija nije pronađena u elektronskom mikroskopu (vidi). Stoga su u TEM-ovima magnetni (EL) koji imaju manje vrijednosti u potpunosti zamijenili elektrostatičku EL. PEM se proizvode za različite svrhe. Mogu se podijeliti u 3 grupe: elektronski mikroskop visoke rezolucije, pojednostavljeni TEM i elektronski mikroskop visokog ubrzanja.

TEM visoke rezolucije(2-3 Å) - slični, višenamjenski uređaji. Korišćenjem dodatni uređaji i priključcima u njima, možete naginjati objekt pod različitim velikim uglovima prema optičkoj osi, zagrijavati, hladiti, deformirati, provoditi istraživačke metode, itd. za 1-3 minute mijenja se za ne više od 1-2 ppm u odnosu na original. Prikazana je slika tipičnog TEM-a opisanog tipa pirinač. 1. U svom optičkom sistemu (kolona) koristi se specijalna vakuumski sistem stvara se vakuum (do 10 -6 mm Hg). Dijagram TEM optičkog sistema je prikazan na pirinač. 2. Snop, koji služi kao zagrijana katoda, (formira se u, a zatim dvaput fokusira prvi i drugi kondenzatori, stvarajući malu elektronsku "tačku" na objektu (prilikom podešavanja tačke može varirati od 1 do 20 mikrona) Nakon toga, dio se raspršuje kroz objekt i odlaže dijafragma.Neraspršeni elektroni prolaze kroz otvor i fokusiraju se u srednje sočivo objekta.Ovdje se formira prva uvećana slika.Slijedeća sočiva stvaraju drugu, treću itd. sliku. .Posljednje projekciono sočivo formira sliku na fluorescentnom ekranu, koja svijetli pod uticajem elektrona.Uvećanje Elektronski mikroskop jednako uvećanju svih sočiva Stepen i priroda rasejanja elektrona nisu isti na različitim tačkama objekta, budući da se debljina i hemijski sastav objekta mijenja od tačke do tačke.Shodno tome, mijenja se i broj elektrona koje otvor dijafragme zadržava nakon prolaska kroz različite tačke objekta, a samim tim i gustina struje na slici koja se pretvara u ekran. Ispod ekrana se nalazi časopis sa fotografskim pločama. Prilikom fotografisanja ekran se uklanja i elektroni djeluju na sloj emulzije. Slika se fokusira glatkom promjenom struje koja uzbuđuje sočivo. Struje drugih sočiva se podešavaju da bi se promenilo uvećanje Elektronski mikroskop

Rice. 3. Ultravisokonaponski elektronski mikroskop (UHEM): 1 - rezervoar u koji se pumpa električni izolacioni gas (gas SF6) do pritiska od 3-5 atm; 2 - elektronski top; 3 - cijev za ubrzanje; 4 - visokonaponski izvorni kondenzatori; 5 - blok kondenzatorskih sočiva; 6 - sočivo; 7, 8, 9 - projekcijska sočiva; 10 - svjetlosni mikroskop; 11 - kontrolna tabla.

Skenirajući elektronski mikroskop (SEM) sa užarenom katodom dizajnirani su za proučavanje masivnih objekata s rezolucijom od 70 do 200 Å. Akcelerator u SEM-u može se podesiti u rasponu od 1 do 30-50 kV.

Prikazan je uređaj skenirajućeg elektronskog mikroskopa pirinač. 4. Koristeći 2 ili 3 EL, uska elektronska sonda se fokusira na uzorak. Magnetski deflektori postavljaju sondu preko datog područja objekta. Kada sonda stupi u interakciju s objektom, javlja se nekoliko tipova ( pirinač. 5) - sekundarni i reflektovani elektroni; elektroni koji prolaze kroz objekat (ako je tanak); rendgenski snimak i karakteristika; zračenje, itd.

Rice. 5. Šema za snimanje informacija o objektu primljenih u SEM. 1 - primarni elektronski snop; 2 - sekundarni detektor elektrona; 3 - rendgenski detektor; 4 - detektor reflektovanih elektrona; 5 - detektor svetlosnog zračenja; 6 - detektor prenetih elektrona; 7 - uređaj za merenje električnog potencijala indukovanog na objektu; 8 - uređaj za merenje struje elektrona koji prolaze kroz objekat; 9 - uređaj za mjerenje struje elektrona apsorbiranih u objektu.

Bilo koje od ovih zračenja može se snimiti odgovarajućim kolektorom koji sadrži senzor koji se pretvara u električno zračenje, koje se nakon pojačanja dovodi do (CRT) i modulira njegov snop. Skeniranje CRT zraka se vrši skeniranjem elektronske sonde u SEM, a na ekranu CRT se posmatra uvećana slika objekta. Uvećanje je jednako omjeru visine okvira na CRT ekranu i širine skeniranog objekta. Slika se fotografiše direktno sa CRT ekrana. Glavna prednost SEM-a je visok informativni sadržaj uređaja, zbog mogućnosti posmatranja slike pomoću razni senzori. Uz pomoć SEM-a moguće je proučavati, hemijski sastav po objektu, p-n spojevima, proizvodima i još mnogo toga. Uzorak se obično ispituje bez preliminarne pripreme. SEM se takođe koristi u tehnološkim procesima(defekti čipova, itd.). Visok za SEM PC se ostvaruje pri formiranju slika pomoću sekundarnog . Određuje se prečnikom zone iz koje se emituju ovi elektroni. Veličina zone, pak, zavisi od prečnika sonde, svojstava objekta, elektrona primarnog snopa, itd. Na velikoj dubini prodiranja primarnih elektrona, sekundarni procesi koji se razvijaju u svim pravcima povećavaju prečnik zone i PC se smanjuje. Sekundarni detektor elektrona sastoji se od fotomultiplikatora i elektron-fotonskog pretvarača, čiji su glavni element dva - ekstraktor u obliku mreže pod pozitivnim potencijalom (do nekoliko stotina V) i akcelerator; potonji daje uhvaćenim sekundarnim elektronima energiju potrebnu za . Oko 10 kV se primjenjuje na elektrodu za ubrzanje; Obično se sastoji od aluminijumskog premaza na scintilatoru. Broj bljeskova scintilatora proporcionalan je broju sekundarnih bljeskova emitovanih u datoj tački objekta. Nakon pojačanja, PMT i signal se moduliraju pomoću CRT zraka. Veličina signala zavisi od uzorka, prisutnosti lokalnih električnih i magnetnih mikropolja, vrednosti , što opet zavisi od hemijskog sastava uzorka u datoj tački. Reflektirani elektroni se snimaju poluvodičkim (silicijumskim) uređajem. Kontrast slike nastaje zbog zavisnosti od upadnog ugla primarnog snopa i atomskog broja. Rezolucija slike dobivene "u reflektiranim elektronima" niža je od one dobivene sekundarnim (ponekad za red veličine). Zbog ravnomjernosti leta elektrona do kolektora, gube se informacije o pojedinim područjima iz kojih ne postoji direktan put do kolektora (pojavljuju se sjene). Karakteristika se detektuje ili rendgenskim kristalnim ili energetski disperzivnim senzorom - poluprovodničkim detektorom (obično napravljenim od čistog silicijuma dopiranog litijumom). U prvom slučaju, rendgenski kvanti, nakon refleksije od kristala spektrometra, snimaju se gasnim spektrometrom, au drugom se signal preuzet sa poluprovodnika pojačava niskošumnim (koji se hladi sa tečni dušik za smanjenje buke) i naknadni sistem pojačanja. Signal iz kristala modulira CRT snop, a na ekranu se pojavljuje slika jednog ili drugog. hemijski element po objektu. SEM takođe proizvode lokalne rendgenske zrake. Energetski disperzivni detektor registruje sve elemente od Na do U sa visokom osetljivošću. Kristalni spektrometar, koji koristi set kristala s različitim interplanarnim (vidi) pokrivačima od Be do U. Značajan nedostatak SEM - dugo trajanje procesa "uklanjanja" informacija prilikom proučavanja objekata. Relativno visok PC može se dobiti upotrebom elektronske sonde dovoljno malog prečnika. Ali u isto vrijeme, sonda se smanjuje, zbog čega se utjecaj naglo povećava, smanjujući omjer korisnog signala i šuma. Kako bi se osiguralo da omjer signal-šum ne padne ispod datog nivoa, potrebno je usporiti skeniranje da se akumulira dovoljno na svakoj tački objekta veliki broj primarni (i odgovarajući sekundarni). Kao rezultat toga, PC se implementira samo uz niske stope skeniranja. Ponekad se jedan okvir formira u roku od 10-15 minuta.

Rice. 6. Shematski dijagram transmisioni skenirajući elektronski mikroskop (STEM): 1 - katoda poljske emisije; 2 - srednja anoda; 3 - anoda; 4 - sistem otklona za podešavanje grede; 5 - dijafragma “iluminatora”; 6, 8 - sistemi skretanja za skeniranje elektronske sonde; 7 - magnetsko dugofokusno sočivo; 9 - dijafragma otvora; 10 - magnetno sočivo; 11 - objekat; 12, 14 - sistemi otklona; 13 - prstenasti kolektor rasejanih elektrona; 15 - kolektor neraspršenih elektrona (uklonjen pri radu sa spektrometrom); 16 - magnetni spektrometar u kojem se rotiraju snopovi elektrona magnetsko polje na 90°; 17 - sistem otklona za odabir elektrona sa različitim gubicima energije; 18 - prorez spektrometra; 19 - kolektor; SE - protok sekundarnih elektrona hn - rendgensko zračenje.

SEM sa emisionim pištoljem imaju visok PC za SEM (do 30 Å). U pištolju za poljudsku emisiju (kao u) koristi se katoda u obliku vrha, na čijem se vrhu pojavljuje jak val koji izvlači elektrone iz katode (vidi). Elektronski sjaj pištolja sa katodom emisije polja je 10 3 -10 4 puta veći nego kod pištolja sa vrućom katodom. Shodno tome, struja elektronske sonde se povećava. Zbog toga se u SEM-u sa puškom za prašinu izvode brza skeniranja, a sonda se smanjuje kako bi se povećao PC. Međutim, katoda poljske emisije radi stabilno samo u ultra visokom vakuumu (10 -9 -10 -11 mmHg), što otežava dizajn takvih SEM i rad na njima.

Transmisioni skenirajući elektronski mikroskop (STEM) imaju isti visok PC kao PEM. Ovi uređaji koriste puške za emitovanje polja, dajući dovoljno u sondi prečnika do 2-3 Å. On pirinač. 6 Prikazan je šematski prikaz PREM-a. Dva smanjuju prečnik sonde. Ispod objekta se nalaze - centralni i prstenasti. Neraspršeni elektroni padaju na prvi, a nakon pojačanja odgovarajućih signala nastaje tzv. slika svijetlog polja. Raštrkani elektroni se skupljaju na prstenastom detektoru, stvarajući tzv. slika tamnog polja. U STEM-u je moguće proučavati deblje objekte nego u TEM-u, jer povećanje broja neelastično rasutih objekata sa debljinom ne utiče na rezoluciju (posle objekta nema optike u STEM-u). Uz pomoć energije, elektroni koji prolaze kroz objekt razdvajaju se u elastično i neelastično raspršene snopove. Svaki snop pogađa svoj detektor i odgovarajuću sliku koja sadrži Dodatne informacije o objektu koji se raspršuje. Visoka rezolucija u STEM-u se postiže sporim skeniranjem, jer je u sondi prečnika od samo 2-3 Å struja premala.

Elektronski mikroskop mješovitog tipa. Kombinacija u jednom uređaju principa formiranja slike sa stacionarnim snopom (kao u TEM) i skeniranjem tanke sonde nad objektom omogućila je da se u ovakvom elektronskom mikroskopu ostvare prednosti TEM, SEM i STEM. Trenutno, svi TEM-ovi pružaju mogućnost posmatranja objekata u rasterskom modu (koristeći kondenzatorska sočiva i kreirajući smanjenu sliku koja se skenira preko objekta pomoću sistema skretanja). Osim slike koju formira stacionarni snop, dobija se rasterske slike na CRT ekranima koji koriste prenesene i sekundarne elektrone, karakteristike itd. Optički sistem Takav TEM, koji se nalazi iza objekta, omogućava rad u režimima koji nisu izvodljivi u drugim uređajima. Na primjer, možete istovremeno promatrati na CRT ekranu i sliku istog objekta na ekranu uređaja.

Emisija E. m. stvaraju sliku objekta u elektronima, koje emituje sam objekat kada se zagreje, primarnim snopom i kada je jak električno polje, uklanjanje elektrona iz objekta. Ovi uređaji obično imaju usku namjenu.

Zrcalni elektronski mikroskop služe uglavnom za vizualizaciju elektrostatičkog “potencijalnog reljefa” i magnetnih mikropolja na objektu. Glavni optički element uređaja je, a jedan od njih je i sam objekat koji se nalazi ispod male negativan potencijal u odnosu na katodu pištolja. Snop elektrona se usmjerava u ogledalo i odbija od polja u neposrednoj blizini objekta. Ogledalo formira sliku na ekranu „u reflektovanim snopovima“. Mikropolja blizu površine objekta redistribuiraju elektrone reflektiranih zraka, stvarajući sliku koja vizualizira ova mikropolja.

Perspektive razvoja Elektronski mikroskop Povećanje PC u slikama neperiodičnih objekata na 1 Å ili više omogućit će snimanje ne samo teških, već i lakih atoma i vizualizaciju na atomskom nivou. Da bi se napravio elektronski mikroskop sa sličnom rezolucijom, brzina ubrzanja se povećava. Ser. Fizički", tom 34, 1970; Hawks P., i, trans. sa engleskog, M., 1974; Derkach V.P., Kiyashko G.F., Kukharchuk M.S., Uređaji za elektronsku sondu, K., 1974; Stoyanova I. G., Anaskin I. F., Fizičke osnove metoda transmisione elektronske mikroskopije, M., 1972; Oatley S. W., Skenirajući elektronski mikroskop, Camb., 1972; Grivet P., Elektronska optika, 2 izd., Oxf., 1972.

Istorija nastanka elektronskog mikroskopa

Godine 1931. R. Rudenberg je dobio patent za transmisijski elektronski mikroskop, a 1932. M. Knoll i E. Ruska izgradili su prvi prototip savremeni uređaj. Zapažen je ovaj rad E. Ruske iz 1986. godine nobelova nagrada fizike, koja je dodijeljena njemu i izumiteljima skenirajućeg sondnog mikroskopa, Gerdu Karlu Binnigu i Heinrichu Rohreru. Upotreba transmisionih elektronskih mikroskopa za naučna istraživanja počela je kasnih 1930-ih, sa prvim komercijalnim instrumentom koji je napravio Siemens.

Kasnih 1930-ih i ranih 1940-ih pojavili su se prvi skenirajući elektronski mikroskopi koji su formirali sliku objekta uzastopnim pomicanjem elektronske sonde malog poprečnog presjeka preko objekta. Široka upotreba ovih uređaja u naučnim istraživanjima počela je 1960-ih, kada su postigli značajnu tehničku izvrsnost.

Značajan skok (70-ih godina) u razvoju bila je upotreba Šotkijevih katoda i emisionih katoda hladnog polja umjesto termoionskih katoda, ali njihova upotreba zahtijeva mnogo veći vakuum.

Kasnih 90-ih i ranih 2000-ih, kompjuterizacija i upotreba CCD detektora uvelike su povećali stabilnost i (relativnu) jednostavnost upotrebe.

IN prošle decenije Moderni napredni transmisioni elektronski mikroskopi koriste korektore za sferne i hromatske aberacije (koji unose glavnu distorziju u rezultujuću sliku), ali njihova upotreba ponekad značajno otežava upotrebu uređaja.

Vrste elektronskih mikroskopa

Transmisiona elektronska mikroskopija

Šablon: Prazan odjeljak

Početni pogled na elektronski mikroskop. Transmisioni elektronski mikroskop koristi visokoenergetski snop elektrona za formiranje slike. Elektronski snop se stvara pomoću katode (volfram, LaB 6 , Šotkijeva ili emisija hladnog polja). Dobijeni elektronski snop se obično ubrzava do +200 keV (koriste se različiti naponi od 20 keV do 1 meV), fokusira se sistemom elektrostatičkih sočiva, prolazi kroz uzorak tako da dio prolazi kroz rasipanje na uzorku, a dio nije. Dakle, snop elektrona koji prolazi kroz uzorak nosi informaciju o strukturi uzorka. Snop zatim prolazi kroz sistem povećala i formira sliku na fluorescentnom ekranu (obično napravljenom od cink sulfida), fotografskoj ploči ili CCD kameri.

TEM rezolucija je ograničena uglavnom sferičnom aberacijom. Neki moderni TEM uređaji imaju sferične korektore aberacija.

Glavni nedostaci TEM-a su potreba za vrlo tankim uzorkom (oko 100 nm) i nestabilnost (dekompozicija) uzoraka pod snopom.

Transmisiona rasterska (skenirajuća) elektronska mikroskopija (STEM)

Glavni članak: Transmisioni skenirajući elektronski mikroskop

Jedna od vrsta transmisione elektronske mikroskopije (TEM), međutim, postoje uređaji koji rade isključivo u TEM režimu. Snop elektrona prolazi kroz relativno tanak uzorak, ali za razliku od konvencionalne transmisione elektronske mikroskopije, snop elektrona je fokusiran na tačku koja se kreće po uzorku u rasteru.

Rasterska (skenirajuća) elektronska mikroskopija

Zasnovan je na televizijskom principu skeniranja tankog snopa elektrona preko površine uzorka.

Elektronska mikroskopija niskog napona

Primjena elektronskih mikroskopa

Glavni svjetski proizvođači elektronskih mikroskopa

vidi takođe

Bilješke

Linkovi

• 15 najboljih slika elektronskog mikroskopa u 2011. Slike na preporučenom sajtu su nasumično obojene i imaju više umetničku nego naučnu vrednost (elektronski mikroskopi proizvode crno-bele slike, a ne boje).

Wikimedia fondacija. 2010.

Kako radi elektronski mikroskop? Koja je njegova razlika od optičkog mikroskopa, postoji li neka analogija između njih?

Rad elektronskog mikroskopa zasniva se na svojstvu nehomogenih električnih i magnetnih polja, koja imaju rotacionu simetriju, da imaju fokusni efekat na elektronske zrake. Dakle, ulogu sočiva u elektronskom mikroskopu ima skup odgovarajuće izračunatih električnih i magnetnih polja; odgovarajući uređaji koji stvaraju ova polja nazivaju se "elektronska sočiva".

Ovisno o vrsti elektronskih sočiva Elektronski mikroskopi se dijele na magnetne, elektrostatičke i kombinirane.

Koje vrste objekata se mogu ispitati pomoću elektronskog mikroskopa?

Kao i u slučaju optičkog mikroskopa, objekti, prvo, mogu biti "samosvijetli", odnosno služiti kao izvor elektrona. Ovo je, na primjer, zagrijana katoda ili osvijetljena fotoelektronska katoda. Drugo, mogu se koristiti objekti koji su "transparentni" za elektrone koji imaju određenu brzinu. Drugim riječima, kada se radi u transmisiji, objekti moraju biti dovoljno tanki, a elektroni dovoljno brzi da prođu kroz objekte i uđu u sistem elektronskih sočiva. Osim toga, korištenjem reflektiranih elektronskih zraka mogu se proučavati površine masivnih objekata (uglavnom metala i metaliziranih uzoraka). Ova metoda promatranja je slična metodama reflektivne optičke mikroskopije.

Prema prirodi proučavanja objekata, elektronski mikroskopi se dijele na transmisione, refleksijske, emisione, rasterske, sjene i zrcalne.

Najčešći trenutno su elektromagnetski mikroskopi transmisionog tipa, u kojima se slika stvara prolaskom elektrona kroz objekt promatranja. Sastoji se od sljedećih glavnih komponenti: sistema rasvjete, objektne kamere, sistema za fokusiranje i jedinice za snimanje finalne slike, koja se sastoji od kamere i fluorescentnog ekrana. Svi ovi čvorovi su međusobno povezani, formirajući takozvani mikroskopski stup, unutar kojeg se održava pritisak. Sistem rasvjete se obično sastoji od troelektrodnog elektronskog topa (katoda, elektroda za fokusiranje, anoda) i kondenzatorskog sočiva (govorimo o elektronskim sočivima). Formira snop brzih elektrona potrebnog poprečnog presjeka i intenziteta i usmjerava ga na predmet koji se proučava koji se nalazi u komori objekta. Snop elektrona koji prolazi kroz objekat ulazi u sistem fokusiranja (projekcije) koji se sastoji od objektiva i jednog ili više projekcionih sočiva.