Strumento per microscopio elettronico

Microscopio elettronico, microscopio che raggiunge una risoluzione estremamente elevata utilizzando un fascio di elettroni anziché un raggio di luce per illuminare l'oggetto di studio.

metallurgia: microscopia elettronica

Sono stati compiuti grandi progressi nell'uso di fasci di elettroni energetici finemente focalizzati per esaminare i metalli. Microscopio elettronico s

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Storia

La ricerca fondamentale di molti fisici nel primo quarto del XX secolo ha suggerito che i raggi catodici (cioè gli elettroni) potrebbero essere usati in qualche modo per aumentare la risoluzione del microscopio. Il fisico francese Louis de Broglie nel 1924 aprì la strada con il suggerimento che i fasci di elettroni potessero essere considerati una forma di moto ondoso. De Broglie ha derivato la formula per la sua lunghezza d'onda, che ha mostrato che, ad esempio, per gli elettroni accelerati di 60.000 volt (o 60 kilovolt [k]), la lunghezza d'onda effettiva sarebbe 0,05 angstrom (Å) —ie, 1 / 100.000 quella del verde leggero. Se tali onde potessero essere utilizzate al microscopio, si avrebbe un notevole aumento della risoluzione. Nel 1926 fu dimostrato che i campi magnetici o elettrostatici potevano servire come lenti per elettroni o altre particelle cariche. Questa scoperta iniziò lo studio dell'ottica elettronica e nel 1931 gli ingegneri elettrici tedeschi Max Knoll ed Ernst Ruska avevano ideato un microscopio elettronico a due lenti che produceva immagini della sorgente elettronica. Nel 1933 fu costruito un primitivo microscopio elettronico che immaginava un campione anziché la fonte di elettroni, e nel 1935 Knoll produsse un'immagine scannerizzata di una superficie solida. La risoluzione del microscopio ottico fu presto superata.

Il fisico tedesco Manfred, Freiherr (barone) von Ardenne e l'ingegnere elettronico britannico Charles Oatley gettarono le basi della microscopia elettronica a trasmissione (in cui il fascio di elettroni viaggia attraverso il campione) e della microscopia elettronica a scansione (in cui il raggio elettronico viene espulso dal campione altro elettroni che vengono poi analizzati), che sono in particolare registrati nel libro di Ardenne Elektronen-Übermikroskopie (1940). Ulteriori progressi nella costruzione dei microscopi elettronici furono ritardati durante la seconda guerra mondiale, ma ricevettero un impulso nel 1946 con l'invenzione dello stigmatore, che compensa l'astigmatismo della lente dell'obiettivo, dopo di che la produzione divenne più diffusa.

Il microscopio elettronico a trasmissione (TEM) può riprodurre campioni con spessore fino a 1 micrometro. I microscopi elettronici ad alta tensione sono simili ai TEM ma funzionano a tensioni molto più elevate. Il microscopio elettronico a scansione (SEM), in cui un fascio di elettroni viene scannerizzato sulla superficie di un oggetto solido, viene utilizzato per creare un'immagine dei dettagli della struttura della superficie. Il microscopio elettronico a scansione ambientale (ESEM) può generare un'immagine scannerizzata di un campione in un'atmosfera, a differenza del SEM, ed è suscettibile di studio di campioni umidi, inclusi alcuni organismi viventi.

Combinazioni di tecniche hanno dato origine al microscopio elettronico a trasmissione a scansione (STEM), che combina i metodi di TEM e SEM, e il microanalizzatore a sonda elettronica, o analizzatore a microprobe, che consente di effettuare un'analisi chimica della composizione dei materiali utilizzando il fascio di elettroni incidente per eccitare l'emissione di raggi X caratteristici da parte degli elementi chimici nel campione. Questi raggi X vengono rilevati e analizzati da spettrometri integrati nello strumento. Gli analizzatori di microelaboratori sono in grado di produrre un'immagine a scansione elettronica in modo che struttura e composizione possano essere facilmente correlate.

Un altro tipo di microscopio elettronico è il microscopio a emissione di campo, in cui un forte campo elettrico viene utilizzato per attirare elettroni da un filo montato in un tubo a raggi catodici.