Трансмиссионная (просвечивающая) и растровая (сканирующая) электронная микроскопия

Формирование изображения на экране электронного микроскопа происходит за счет чередования активированных и неактивированных молекул флуорохрома, покрывающего экран, на который падает электронный пучок. На флуоресцирующем экране рассматривают изображение, проводят его фокусировку. Фотосъемка раньше проводилась на фотопленку или стеклянные фотопластинки, в современных микроскопах используют цифровые фотокамеры.

Требования к образцам для электронной микроскопии:

- оптимальная толщина

- неоднородность химического состава и присутствие атомов тяжелых элементов

- устойчивость к воздействию вакуума, температуры и электронного луча

Электронный микроскоп сразу нашел применение в физике, геологии, материаловедении, химии и других отраслях науки, изучающих неживые объекты.

Изучение кристаллов, пленок. Изучение полупроводников. Материаловедение. Изучение «старения» материалов, изменений структуры при различных воздействиях. Изучение магнитных лент (распределение ферромагнетиков на поверхности, их ориентация и т.п.).

Изучение роста кристаллов. Контроль процесса образования кристаллов. Применение микродифракции в электронном микроскопе для анализа нарушений кристаллической структуры различных соединений, для изучения структуры пленок, образующихся в разных условиях (вакуум, возгонка и пр.). Изучение сплавов. Изучение биметаллов (структура раздела).

Анализ химического состава материалов: (1) рентгеновская спектрометрия (дисперсионный спектрометр анализирует генерируемое электронами излучение и определяет элементный состав образца); (2) анализатор энергии (измеряет потерю энергии электронов, пролетающих через образец и т.о. определяет элементный состав. Очень малая площадь образца). Компьютерная обработка.

Четырёхмерная электронная микроскопия (4D electron microscopy) - новая разновидность электронного микроскопа способна генерировать видео на атомном уровне, показывающее тончайшие изменения, происходящие в материалах при внешнем воздействии или в ходе химических реакций. Новая установка способна раскладывать на множество кадров события, длящиеся триллионные доли секунды. Оригинальная техника съёмки, названная четырёхмерной электронной микроскопией (4D electron microscopy), разработана в физико-биологическом центре науки и технологии ультрабыстрых процессов (Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology — UST) Калифорнийского технологического института. В основе устройства — система, которая позволяет контролировать с высокой точностью траекторию каждого отдельного электрона, направляемого на образец. Причём изображение снимается (фиксируется отражённый сигнал) также по отдельности для каждого электрона (а они идут с точно отмерянными интервалами в фемтосекунду (10⁻¹⁵ с), а не для их "обобщённого" потока, как в установках прежних поколений. Миллионы таких кадров, проигрываемых с нужной скоростью, формируют фильм, демонстрирующий ранее неуловимые изменения в образцах. Главный автор этого проекта Ахмед Зивейл (Ahmed Zewail) в 1999-м получил Нобелевскую премию по химии за разработку метода ультрабыстрой съёмки молекул, освещаемых сверхкороткими лазерными импульсами. Этот способ придал съёмке атомарного масштаба новое измерение — время, но не давал того высокого пространственного разрешения, которое присуще электронным микроскопам. В новом устройстве учёные сумели "соединить" оба принципа, впервые получив подвижную картинку в малом масштабе как во времени, так и в пространстве.

Для проверки аппарата они пронаблюдали за тонкими (порядка нанометра) листами золота и графита. Удалось визуализировать небольшие и очень быстротечные (с частотой порядка мегагерца) механические колебания таких структур (в частности, возникающие при быстром нагреве образца), которые можно было зафиксировать во всех деталях, только преодолев по шкале времени пикосекундный масштаб и пойдя дальше, практически к фемтосекундам.

Удивительный аппарат Titan, созданный в рамках американско-европейского проекта TEAM, получил свои первые изображения с рекордным разрешением 0,05 нанометра. Это равно четверти поперечника атома углерода. Чтобы понять, какие новый инструмент открывает возможности по изучению материалов или биологических молекул, нужно добавить, что диаметр спирали ДНК составляет целых 2 нанометра.

TEAM означает Transmission Electron Aberration-corrected Microscope, то есть трансмиссионный электронный микроскоп с коррекцией аберрации. Он появился в результате смешения двух технологий: электронного микроскопа сканирующего и трансмиссионного типов (так называемая технология S/TEM). Для повышения разрешения здесь был применён ряд новаций, в частности, сразу две оригинальные системы коррекции сферической аберрации.

Titan разработан в американском национальном центре электронной микроскопии при лаборатории Беркли (National Center for Electron Microscopy — NCEM), с самым непосредственным участием специалистов из американской национальной лаборатории в Окридже (Oak Ridge National Laboratory), ряда других организаций, а также из компаний FEI и CEOS. Эти две фирмы, кстати, не только спроектировали часть важных систем уникального инструмента, но собственно и построили микроскоп. В 2008 году этот микроскоп перевезут на место его постоянной работы – в NCEM, а в 2009-м он должен быть полностью отлажен, испытан и приступить к работе.

Дата добавления: 2014-04-24; просмотров: 603; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!