Atomový mikroskop Podobnosti a odlišnosti principu zobrazování pomocí optického mikroskopu
Na základě konceptu elektronové optiky je elektronový mikroskop zařízení, které zobrazuje složité detaily látek při extrémně velkém zvětšení pomocí elektronových paprsků a elektronových čoček na rozdíl od světelných paprsků a optických čoček.
Nejkratší vzdálenost, kterou může elektronový mikroskop přemostit mezi dvěma sousedními body, se používá k popisu jeho rozlišovací schopnosti. Rozlišení transmisních elektronových mikroskopů v 1970s bylo zhruba 0,3 nanometrů (rozlišovací schopnost lidského oka je asi 0,1 milimetru). Nyní, když maximální zvětšení elektronového mikroskopu přesahuje 3 milionkrát, ve srovnání s maximálním zvětšením optického mikroskopu jen asi 2000krát, je možné přímo pozorovat atomy některých těžkých kovů a uspořádané atomové mřížky v krystalech pomocí elektronového mikroskopu.
Když němečtí vědci Knorr-Bremse a Ruska v roce 1931 upravili vysokonapěťový osciloskop se zdrojem elektronů se studenou katodou a třemi elektronovými čočkami, byli schopni získat obraz, který byl zvětšen více než desetkrát, což potvrdilo životaschopnost zvětšeného zobrazování. pomocí elektronového mikroskopu. Po Ruskově pokroku dosáhla rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu v roce 1932 50 nanometrů, což je téměř 10krát více než u optického mikroskopu v té době. Výsledkem bylo, že lidé začali věnovat více pozornosti elektronovému mikroskopu.
Ke korekci rotační asymetrie elektronové čočky použil Hill ve Spojených státech ve 1940 letech astigmatizér. Tato inovace pomohla posunout rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu a nakonec dosáhnout dnešní úrovně. V roce 1958 byl v Číně úspěšně vytvořen transmisní elektronový mikroskop s rozlišením 3 nanometry a v roce 1979 zde byl vyroben velký elektronový mikroskop s rozlišením 0,3 nanometru.
Ačkoli je rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu mnohem větší než rozlišovací schopnost optického mikroskopu, je náročné pozorovat živé organismy, protože elektronový mikroskop musí pracovat ve vakuu a ozáření elektronovým paprskem způsobí radiační poškození biologických vzorků. Dále je třeba dále zkoumat, jak mimo jiné zlepšit jas elektronového děla a ráži elektronové čočky.
Základním měřítkem elektronové mikroskopie je rozlišovací schopnost, která závisí na úhlu dopadajícího kužele a vlnové délce elektronového paprsku při průchodu materiálem. Zatímco vlnová délka elektronových paprsků koreluje s urychlujícím napětím, vlnová délka viditelného světla se pohybuje od 300 do 700 nanometrů. Vlnová délka elektronového paprsku je zhruba 0,0053–0,0037 nanometrů při urychlovacím napětí 50–100 kV. I když je úhel kužele elektronového paprsku pouze 1 procento úhlu optického mikroskopu, rozlišovací schopnost elektronového mikroskopu je stále výrazně větší než u optického mikroskopu, protože vlnová délka elektronového paprsku je mnohem kratší než vlnová délka. viditelného světla.
