מיקרוסקופ אלקטרוני

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

מיקרוסקופ אלקטרוני חודר
הגדל
מיקרוסקופ אלקטרוני חודר

מיקרוסקופ אלקטרוני או מיקרוסקופ אלקטרונים (Electron Microscope) הוא מיקרוסקופ המסוגל להגדיל עצמים קטנים במיוחד בכושר הפרדה גבוה על ידי שימוש באלקטרונים כמקור אור. מיקרוסקופ אלקטרוני מסוגל להגדיל את העצם הנבחן עד לפי 2,000,000 מגודלו המקורי.

תוכן עניינים

[עריכה] היסטוריה

המיקרוסקופ האלקטרוני הראשון נבנה על ידי הפיזיקאי הגרמני, ארנסט רוסקה. הוא ידע שלאלקטרונים יש פן של גלים, לכן הוא האמין שהוא יכול לנהוג בהם באופן דומה לגלי אור. רוסקה היה מודע בנוסף לכך ששדות מגנטים יכולים להשפיע על אלקטרונים ואולי למקד אותם כפי שעדשה אופטית ממקדת אור. לאחר שוידא עקרונות אלו במחקר, הוא החל בתכנון מיקרוסקופ אלקטרוני. רוסקה הסיק שמיקרוסקופ אלקטרוני יהיה הרבה יותר יעיל ממיקרוסקופ אופטי רגיל ויאפשר הגדלה רחבה יותר משום שהרזולוציה גדלה באורכי גל קצרים וגלי אלקטרונים קצרים יותר מגלי האור הרגילים. בשנת 1933 רוסקה ושותפו, פיזיקאי גרמני נוסף בשם מקס נול שרוסקה היה תלמידו, בנו את אב הטיפוס הראשון למיקרוסקופ האלקטרוני. למרות העובדה שהוא היה פרימיטיבי ולא ראוי לשימוש מעשי, המכשיר היה מסוגל להגדיל עצמים פי 400. רוסקה זכה בשנת 1986 בפרס נובל לפיזיקה, וכך נאמר בטקס: "על עבודתו הבסיסית באופטיקת אלקטרונים, ועל תכנון מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון".

מיקרוסקופ האלקטרונים היעיל הראשון נבנה עלי ידי אלי פרנקלין בורטון ותלמידיו, ססיל הול, ג'יימס היליאר ואלברט פרבוס, באוניברסיטת טורונטו , קנדה בשנת 1938.

אף על פי שמיקרוסקופים אלקטרונים מסוגלים להגדיל עצם פי 2 מיליון, הם עדיין מבוססים על אב הטיפוס ועל גילוי הקשר בין אורך גל לרזולוציה של רוסקה. המיקרוסקופ האלקטרוני הוא חלק אינטגרלי ממעבדות רבות. חוקרים נעזרים בו על מנת לבחון חומרים ביולוגיים (כגון מיקרואורגניזם ותאים), מגוון מולקלות גדולות, דגימות ביופסיה, מבנה חומרים מתכתיים וגבישיים ומאפייני פני שטח.

[עריכה] סוגים

פרק זה לוקה בחסר. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהשלים אותו. ראו פירוט בדף השיחה.

[עריכה] מיקרוסקופי אלומת אלקטרונים

מיקרוסקופי אלומת אלקטרונים (Electron beam microscopes)

[עריכה] מיקרוסקופ אלקטרוני חודר

מיקרוסקופ אלקטרוני חודר (Transmission Electron Microscope, TEM) הגרסה המקורית של המיקרוסקופ האלוקטרוני, מיקרוסקופ אלוקטרוני חודר, מצריך אלומת אלקטרונים במתח גבוה הנפלטת באמצעות קתודה (תותח אלקטרונים) וממוקדת על ידי עדשות מגנטיות. אלומת האלקטרונים שהוחדרה חלקית דרך הדגימה המאוד דלילה (ולכן שקופה למחצה לאלקטרונים) נושאת מידע לגבי המבנה הפנימי של הדגימה. הסטייה המרחבית במידע זה (ה"תמונה") מוגדלת באמצעות סדרת עדשות מגנטיות עד שהיא נרשמת על ידי פגיעה במסך פלורסנטי, צלחת צילומית או חיישן אור כגון מצלמת CCD (התקן צמוד מטענים - charge coupled device). את התמונה המזוהה על ידי ה- CCD ניתן להציג בזמן אמת על גבי מוניטור או מחשב.
רזולוצית התמונה המתקבלת באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני חודר ברזולוציה גבוהה (High Resolution TEM, HRTEM) מוגבלת בגלל סטיות כדוריות וכרומטיות, אבל דור חדש של מתקני סטיות הצליח להתגבר על אותן סטיות כדוריות. תיקוני תוכנה של סטיות אלו אפשרו הפקת תמונות עם מספיק רזולוציה על מנת להציג אטומי פחמן ביהלום מופרדים ב- 0.89 אנגסטרום (89 פיקומטר) ואטומי צורן ב- 0.78 אנגסטרום, הגדלה של פי 50 מיליון. היכולת לקבוע מיקום אטומים בתוך חומרים הפכה את ה- HRTEM לכלי הכרחי במחקר ופיתוח ננוטכנולוגיות בתחומים רבים, כולל זירוז הטרוגני (Heterogeneous Catalysis) ופיתוח התקני הולכה למחצה לאלקטרוניקה ופוטוניקה.
מיקרוסקופ אלקטרוני חודר מספק תמונה דו ממדית של העצם.

[עריכה] מיקרוסקופ אלקטרוני סורק

מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (Scanning Electron Microscope, SEM) בשונה מה- TEM, שבו נוצרת תמונה על ידי זיהוי אלקטרונים החודרים דרך הדגימה, במיקרוסקופ האלקטרוני הסורק הפקת התמונות נוצרת על ידי זיהוי אלקטרונים משניים הנפלטים מפני השטח עקב פגיעת אלומת האלקטרונים העיקרית שנורתה מתותח האלקטרונים ומורכזה על ידי העדשות. ב- SEM, אלומת האלקטרונים סורקת את כל הדגימה שורה אחר שורה, אלומת האלקטרונים גורמת לפליטת אלקטרונים משניים מפני הדגימה. את האלקטרונים המשניים שנפלטו מפני הדגימה קולטים גלאים. התמונה הסופית נבנית ממספר האלקטרונים שנפלטים מכל נקודה על הדגימה.
בכלליות, רזולוצית המיקרוסקופ החודר גבוהה בהרבה משל אחיו הסורק, אך, מכיוון שהדמיית המיקרוסקופ הסורק נסמכת על עיבוד פני השטח במקום חדירה לתוכו הוא מסוגל להדמות נפח ויש לו עומק ראייה גדול יותר, משום כך הוא יכול להדמות תמונות שיהיו ייצוג טוב למבנה התלת ממדי של העצם הנבחן.