Microscop electronic

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Microscop electronic

Un microscop electronic este un tip de microscop care foloseşte electroni pentru a ilumina specimenul şi a crea o imagine mărită a acestuia. Microscoapele electronice au rezoluţie superioară microscoapelor cu lumină, şi pot mări de mult mai multe ori imaginea. Unele microscoape electronice ajung să mărească de 2 milioane de ori, pe când cele mai bune microscoape cu lumină măresc de 2 000 de ori.

[modifică] Istoric

Primul microscop electronic a fost construit în 1931 de către inginerii germani Ernst Ruska şi Max Knoll.^[1] Acesta era bazat pe ideile şi descoperirile fizicianului francez Louis de Broglie. Deşi primitiv şi nepotrivit utilizărilor practice, instrumentul era capabil să mărească obiectele de patru sute de ori.

Reinhold Rudenberg, directorul de cercetări al companiei Siemens, a patentat microscopul electronic în 1931, deşi Siemens nu făcea cercetări în domeniul microscoapelor electronice la acea vreme. În 1937 Siemens a început să-i finanţeze pe Ruska şi pe Bodo von Borries pentru dezvoltarea unui microscop electronic. Siemens l-a angajat şi pe fratele lui Ruska, Helmut să lucreze la aplicaţii, în particular cu specimene biologice.^[1][2]

În acelaşi deceniu, Manfred von Ardenne a inventat microscopul electronic cu scanare şi un microscop electronic universal.^[3]

Siemens a început producţia comercială a microscopului electronic cu transmisie în 1939, dar până atunci primul microscop electronic cu utilizare practică fusese construit la Universitatea Toronto în 1938, de către Eli Franklin Burton şi studenţii Cecil Hall, James Hillier şi Albert Prebus.^[4]

Imagine a unei furnici la microscopul electronic cu baleaj

Deşi microscoapele electronice moderne pot mări obiectele de până la două milioane de ori, toate se bazează pe prototipul lui Ruska. Microscopul electronic este nelipsit în multe laboratoare. Cercetătorii îl folosesc pentru a examina material biologic (cum ar fi microorganisme şi celule), diferite molecule mari, probe de biopsie medicală, metale şi structuri cristaline, şi caracteristicile diferitelor suprafeţe. Microscopul electronic este folosit extensiv pentru inspecţia şi asigurarea calităţii în industrie, inclusiv, în mod deosebit, în fabricarea dispozitivelor semiconductoare.

Cel mai puternic microscop din lume a fost anunţat la inceputul lui 2008^[5]. Transmission electron aberration-corrected microscope, prescurtat "TEAM" atinge rezoluţia de 0,5 Ångström, in jur de 1 milion de ori mai mic decât diametrul unui fir de păr.

[modifică] Tipuri de microscoape electronice

[modifică] Microscopul electronic cu transmisie

Forma originală a microscopiei electronice, microscopia electronică cu transmisie implica o rază de electroni la tensiune înaltă emisă de un catod, de regulă filament de tungsten, şi focalizată de lentile electrostatice şi electromagnetice. Raza de electroni care a fost transmisă printr-un specimen parţial transparent pentru electroni transportă informaţie despre structura internă a specimenului în raza care ajunge la sistemul de formare a imaginii. Variaţia spaţială a acestei informaţii ("imaginea") este apoi mărită de o serie de lentile electromagnetice până când este înregistrată la coliziunea cu un ecran fluorescent, placă fotografică, sau senzor de lumină cum ar fi un senzor CCD. Imaginea detectată de CCD poate fi afişată în timp real pe un monitor sau transmisă pe loc unui calculator.

Rezoluţia unui microscop electronic cu transmisie este limitată în principal de aberaţia de sfericitate, dar o nouă generaţie de sisteme de corecţie a aberaţiilor a avut ca efect depăşirea parţială a aberaţiilor sferice şi creşterea rezoluţiilor. Corecţiile din software ale aberaţiei de sfericitate pentru microscoapele electronice cu transmisie de înaltă rezoluţie a permis producerea unor imagini cu rezoluţie suficient de bună pentru a evidenţia atomi de carbon în diamante, aflaţi la distanţe de doar 0.89 ångströmi (89 picometri) unii de alţii şi atomi din silicon la distanţe de 0.78 ångströmi (78 picometri)^[6][7], mărind de 50 de milioane de ori.^[8] Capacitatea de a determina poziţiile atomilor în cadrul materialelor a făcut din acest tip de microscop o unealtă importantă pentru cercetarea şi dezvoltarea din domeniul nanotehnologiilor.

Prin utilizarea grafenului ca purtător de specimen rezoluţia acestui tip de microscop a putut fi mărită recent (2008) în mod foarte eficient. Vezi articolul Grafen.

[modifică] Microscopul electronic cu scanare

Microscop electronic cu scanare la Institutul de Geologie al Universităţii din Kiel, Germania, în 1980. Coloana din mijloc produce fluxul de electroni, iar specimenul este plasat la bază

Spre deosebire de MET, unde raza de electroni la tensiune înaltă formează imaginea specimenului, microscopul electronic cu scanare^[9] produce imagini prin detecţia electronilor secundari, cu energie scăzută, emisi de pe suprafaţa specimenului datorită excitării acestuia de către raza principală de electroni. În MES, raza de electroni parcurge întreg specimenul, detectorii construind o imagine prin maparea semnalelor detectate la poziţia razei.

În general, rezoluţia MET este de regulă cu un ordin de mărime mai mare decât cea a MES, dar, datorită faptului ca imaginea produsă de microscoapele cu scanare se bazează pe procese de suprafaţă şi nu pe transmisie, este capabil să vizualizeze probe mai mari, şi are o adâncime de penetrare mult mai mare, producând astfel imagini care sunt o bună reprezentare tridimensională a probei.

[modifică] Microscopul electronic cu reflexie

În plus, există şi microscoape electronice cu reflexie (MER). Ca şi MET, această tehnică implică raze de electroni incidente pe o suprafaţă, dar în loc să folosească electronii transmişi, sau cei secundari, se detectează raza reflectată.

[modifică] Microscopul electronic cu scanare şi transmisie

MEST combină înalta rezoluţie a MET cu funcţionalităţile MES, permiţând folosirea unei game de tehnici de analiză imposibil de atins cu MET convenţionale.

[modifică] Note