電子顕微鏡の紹介

ホタルプロダクション/ゲッティイメージズ

光学顕微鏡よりも電子顕微鏡を使用する利点は、倍率と分解能がはるかに高いことです。不利な点には、装置のコストとサイズ、顕微鏡検査用のサンプルを準備して顕微鏡を使用するための特別なトレーニングの必要性、およびサンプルを表示する必要性が含まれます。 真空で (ただし、一部の水和サンプルを使用する場合があります)。

電子顕微鏡の仕組みを理解する最も簡単な方法は、通常の光学顕微鏡と比較することです。光学顕微鏡では、接眼レンズとレンズを通して観察して、試料の拡大像を観察します。光学顕微鏡のセットアップは、標本、レンズ、光源、および見ることができる画像で構成されます。

電子顕微鏡では、電子ビームが光ビームの代わりになります。試料は、電子が相互作用できるように特別に準備する必要があります。電子はガス中を遠くまで移動しないため、試料チャンバー内の空気は排気されて真空になります。レンズの代わりに、電磁コイルが電子ビームを集束させます。レンズが光を曲げるのと同じように、電磁石は電子ビームを曲げます。画像は 電子 そのため、写真（電子顕微鏡写真）を撮るか、モニターを通して試料を観察することによって観察されます。

電子顕微鏡には主に 3 つのタイプがあり、画像の形成方法、サンプルの準備方法、および画像の解像度によって異なります。これらは、透過型電子顕微鏡 (TEM)、走査型電子顕微鏡 (SEM)、および走査型トンネル顕微鏡 (STM) です。

透過型電子顕微鏡 (TEM)

avid_creative/ゲッティイメージズ

走査型電子顕微鏡では、電子ビームがサンプルの表面をラスター パターンで走査されます。画像は、電子ビームによって励起されたときに表面から放出される二次電子によって形成されます。検出器は電子信号をマッピングし、表面構造に加えて被写界深度を示す画像を形成します。解像度は TEM よりも低くなりますが、SEM には 2 つの大きな利点があります。まず、標本の 3 次元画像を形成します。第二に、表面のみがスキャンされるため、より厚い標本に使用できます。

TEM と SEM の両方で、画像が必ずしもサンプルの正確な表現ではないことを認識することが重要です。標本は、その準備のために変化を経験する可能性があります 顕微鏡 、真空への暴露から、または電子ビームへの暴露から。

走査型トンネル顕微鏡 (STM)

ジュネーブ市科学史博物館/ウィキメディア・コモンズ/ CC BY 3.0

走査型トンネル顕微鏡 (STM) は、原子レベルで表面を画像化します。これは、個人を画像化できる唯一の電子顕微鏡です。 原子 .その分解能は約 0.1 ナノメートルで、深さは約 0.01 ナノメートルです。 STMは真空中だけでなく、空気、水、その他の気体や液体中で使用できます。絶対零度付近から1000℃以上の広い温度範囲で使用できます。

STM は量子トンネリングに基づいています。導電性チップをサンプルの表面に近づけます。電圧差が適用されると、電子はチップと試料の間をトンネルすることができます。チップの電流の変化は、サンプルをスキャンして画像を形成する際に測定されます。他のタイプの電子顕微鏡とは異なり、装置は手頃な価格で簡単に作成できます。ただし、STM は非常にクリーンなサンプルを必要とし、それを機能させるのは難しい場合があります。

走査型トンネル顕微鏡の開発により、Gerd Binnig と Heinrich Rohrer は 1986 年にノーベル物理学賞を受賞しました。