В качестве примера возьмём три вида электронных микроскопов — TEM (высоковакуумный просвечивающий), SEM (сканирующий растровый) и SPM (сканирующий пробы).

Transmission electron microscope или ТЕМ — так называется современный электронный высоковакуумный просвечивающий мик­роскоп. Это наиболее «простой» тип электронной микроскопии, в которой пучок электронов проходит сквозь ультратонкий объект с толщиной порядка 500 нм и менее. Если в первом образце 1931 года в качестве источника электронов применили накалённую вольфрамовую нить, то сейчас в этой роли выступает сложная электронная пушка, а испускаемый пучок частиц фокусируется магнитной конденсаторной линзой на объекте маленьким пятном диаметром всего 2–3 мкм. Именно этот участок и виден на мониторе электронного микроскопа. 

Всем хорош TEM — и разрешение предельное до 0,05 нм (видны отдельные атомы), и стоимость его относительно невысока, но вот невозможно увидеть с его помощью поверхность объекта. Пучок электронов насквозь «пробивает» исследуемый образец, несколько рассеиваясь на плотных участках (за счёт чего и создаётся контрастность конечного изображения), но информации о строении оболочки не даёт.

Инженеры и учёные в очередной раз ответили на вызов и так родился SEM — scanning electron microscope или сканирующий растровый электронный микроскоп. 

Разрешение у SEM немного меньше — до 1 нм, но это перекрывает выдающаяся способность «ощупывать» поверхность объекта с помощью пучка электронов. То есть, в отличие от просвечивающего ТЕМ, сканирующий мик­роскоп не проникает внутрь объекта пучком электронов, а лишь облучает его. По характеру отражённых от предмета низкоэнергетических частиц (вторичных электронов) компьютерный мозг микроскопа строит микроизображение сканируемого рельефа. И чем тоньше пучок электронов, тем выше у микроскопа разрешение, тем более точная картина предстаёт перед исследователем. 

Прототипы растрового микроскопа были созданы в 1942 году группой американских учёных В. К. Зворыкиным, Дж. Хие и Р. Л. Снайдером. Интересно, что микроизображение объекта воспроизводилось с помощью телевизионной системы.

Со временем учёным стала требоваться способность манипулировать отдельными атомами! Всё это предоставил SPM — scanning probe microscopy.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №7(23). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.