Атомний мікроскоп. Подібності та відмінності принципу зображення оптичного мікроскопа
Виходячи з концепції електронної оптики, електронний мікроскоп — це пристрій, який візуалізує складні деталі речовин при надзвичайно великому збільшенні за допомогою електронних променів і електронних лінз на відміну від світлових променів і оптичних лінз.
Найкоротша відстань, яку електронний мікроскоп може подолати між двома сусідніми плямами, використовується для опису його роздільної здатності. Роздільна здатність трансмісійних електронних мікроскопів у 1970-му році становила приблизно 0.3 нанометра (роздільна здатність людського ока становить близько 0,1 міліметра). Тепер, коли максимальне збільшення електронного мікроскопа перевищує 3 мільйони разів, порівняно з максимальним збільшенням оптичного мікроскопа лише близько 2000 разів, можна безпосередньо спостерігати атоми деяких важких металів і впорядковані атомні решітки в кристалах за допомогою електронного мікроскопа.
Коли в 1931 році німецькі вчені Кнорр-Бремзе та Руска модифікували високовольтний осцилограф із джерелом електронів із холодним катодом і трьома електронними лінзами, вони змогли отримати зображення, збільшене більш ніж у десять разів, підтверджуючи життєздатність збільшеного зображення. за допомогою електронного мікроскопа. Після прогресу Руски роздільна здатність електронного мікроскопа досягла 50 нанометрів у 1932 році, майже в 10 разів більше, ніж оптичний мікроскоп того часу. В результаті люди стали більше звертати увагу на електронний мікроскоп.
Щоб виправити обертальну асиметрію електронної лінзи, Хілл у Сполучених Штатах використав астигматизатор у 1940}. Ця інновація допомогла електронному мікроскопу підвищити роздільну здатність і зрештою досягти сучасного рівня. Трансмісійний електронний мікроскоп з роздільною здатністю 3 нанометри був успішно створений в Китаї в 1958 році, а великий електронний мікроскоп з роздільною здатністю 0,3 нанометра був виготовлений там же в 1979 році.
Незважаючи на те, що роздільна здатність електронного мікроскопа набагато вища, ніж у оптичного мікроскопа, спостерігати за живими істотами складно, оскільки електронний мікроскоп повинен працювати у вакуумі, а опромінення електронного променя призведе до радіаційного пошкодження біологічних зразків. Також необхідно додатково дослідити, як покращити яскравість електронної гармати та калібр електронної лінзи, серед іншого.
Важливим показником електронної мікроскопії є роздільна здатність, яка залежить від кута падіння конуса та довжини хвилі електронного променя, який проходить через матеріал. Хоча довжина хвилі електронних пучків корелює з прискорювальною напругою, довжина хвилі видимого світла коливається від 300 до 700 нанометрів. Довжина хвилі електронного пучка становить приблизно 0,0053–0,0037 нанометрів при прискорювальній напрузі 50–100 кВ. Навіть якщо кут конуса електронного променя становить лише 1 відсоток кута оптичного мікроскопа, роздільна здатність електронного мікроскопа все одно значно вища, ніж у оптичного мікроскопа, оскільки довжина хвилі електронного променя набагато коротша за довжину хвилі. видимого світла.
