Atommikroskop Ligheder og forskelle mellem det optiske mikroskops billeddannelsesprincip
Baseret på begrebet elektronoptik er et elektronmikroskop en enhed, der visualiserer de indviklede detaljer af stoffer ved ekstremt høje forstørrelser ved hjælp af elektronstråler og elektronlinser i modsætning til lysstråler og optiske linser.
Den korteste afstand, som et elektronmikroskop kan bygge bro mellem to tilstødende pletter, bruges til at beskrive dets opløsningsevne. Opløsningen af transmissionselektronmikroskoper i 1970erne var omtrent 0,3 nanometer (det menneskelige øjes opløsningsevne er omkring 0,1 millimeter). Nu hvor elektronmikroskopets maksimale forstørrelse overstiger 3 millioner gange, sammenlignet med det optiske mikroskops maksimale forstørrelse på kun omkring 2000 gange, er det muligt direkte at observere atomerne i nogle tungmetaller og de ordnede atomgitre i krystaller ved hjælp af elektronmikroskopet.
Da de tyske videnskabsmænd Knorr-Bremse og Ruska modificerede et højspændingsoscilloskop med en kold katodeudladningselektronkilde og tre elektronlinser i 1931, var de i stand til at opnå et billede, der blev forstørret mere end ti gange, hvilket bekræftede levedygtigheden af forstørret billeddannelse ved hjælp af et elektronmikroskop. Efter Ruskas fremskridt nåede elektronmikroskopets opløsningsevne 50 nanometer i 1932, næsten 10 gange større end det optiske mikroskop på det tidspunkt. Som et resultat begyndte folk at være mere opmærksomme på elektronmikroskopet.
For at korrigere elektronlinsens rotationsasymmetri brugte Hill i USA en astigmatisator i 1940erne. Denne innovation hjalp elektronmikroskopets opløsningskraft fremad og til sidst nåede niveauet i dag. Et transmissionselektronmikroskop med en opløsning på 3 nanometer blev med succes skabt i Kina i 1958, og et stort elektronmikroskop med en opløsning på 0,3 nanometer blev fremstillet der i 1979.
Selvom elektronmikroskopets opløsningsevne er meget større end det optiske mikroskops, er det udfordrende at observere levende ting, fordi elektronmikroskopet skal fungere i et vakuum, og bestrålingen af elektronstrålen vil forårsage strålingsskader på de biologiske prøver. Det skal også undersøges nærmere, hvordan man blandt andet forbedrer elektronkanonens lysstyrke og elektronlinsens kaliber.
Et væsentligt mål for elektronmikroskopi er opløsningskraft, som afhænger af den indfaldende keglevinkel og elektronstrålens bølgelængde, når den passerer gennem materialet. Mens bølgelængden af elektronstråler er korreleret med accelerationsspændingen, varierer bølgelængden af synligt lys fra 300 til 700 nanometer. Elektronstrålens bølgelængde er omtrent 0,0053-0,0037 nanometer, når accelerationsspændingen er 50-100 kV. Selvom elektronstrålens keglevinkel kun er 1 procent af det optiske mikroskops, er elektronmikroskopets opløsningsevne stadig væsentligt større end det optiske mikroskops, fordi elektronstrålens bølgelængde er meget kortere end bølgelængden. af synligt lys.
