La utilitat del microscopi electrònic prové del seu gran poder de resolució, que té origen en el fet que la longitud d’ona associada a un electró pot fer-se molt menor que la de les radiacions electromagnètiques emprades en els microscopis òptics; així, per exemple, el poder de resolució d’un microscopi que empra electrons d’uns 100 KeV és d’uns 0,3 nm i el d’un que n'empra de 1 000 KeV és d’uns 0,15 nm. Per la seva invenció (1932), E.Ruska compartí el premi Nobel de física del 1986 amb G.Binnig i H.Rohrer. Hom distingeix diferents tipus de microscopis electrònics. El més estès és el microscopi electrònic de transmissió, del qual n'hi ha diferents variants. L’anomenat microscopi electrònic de transmissió de feix fix (TEM) consta dels següents elements: una font emissora d’electrons (que és, generalment, un canó d’electrons en què aquests són emesos per efecte termoiònic); un dispositiu accelerador (un ànode o un conjunt d’ànodes mantinguts a alt voltatge); un sistema de guiatge, constituït per lents electròniques (que són, essencialment, dispositius que generen un camp electroestàtic o electromagnètic, com ara els electroimants anulars), que té per finalitat de confinar els electrons en les trajectòries adients, i que ha d’ésser corregit de les possibles aberracions que es puguin presentar; un sistema visualitzador (placa fotogràfica, pantalla fluorescent, pantalla TV) que transforma el senyal electrònic en una imatge visible. Generalment, el conjunt ha d’ésser immers en una atmosfera sotmesa a un buit elevat. La mostra és situada entre el sistema condensador, que concentra en un feix estret els electrons emesos per la font emissora, i el sistema formador d’imatge, que generalment consta, a més d’un seguit de diafragmes de contrast i selecció, de tres lents, anomenades objectiu, lent intermèdia i projector. El principi físic del funcionament d’aquest microscopi consisteix en el següent: els electrons que incideixen sobre la mostra a observar (que freqüentment és situada sobre una pel·lícula finíssima suportada per una reixeta de coure) són dispersats pels seus àtoms, és a dir, experimenten un canvi de direcció en col·lidir-hi; els més desviats són interceptats per un diafragma, de manera que els punts de la mostra que més electrons han dispersat apareixeran menys intensos en la imatge final. És a dir, en el microscopi electrònic de transmissió, la propietat diferenciadora dels punts de la mostra és llur diferent “capacitat dispersiva”, i aquesta informació, convenientment tractada, dóna lloc a una imatge visible. Una segona varietat del microscopi de transmissió és l’anomenat microscopi d’escombratge en transmissió (STEM) que no és més que un híbrid del microscopi de transmissió i del d’escombratge: els electrons travessen la mostra i són dispersats diferenciadament, però la mostra és recorreguda per escombratge i la imatge no es forma mitjançant lents electròniques sinó mitjançant un sistema detector-visualitzador similar al del microscopi electrònic d’escombratge. Hom ha desenvolupat microscopis de transmissió en què els electrons incidents són d’alta energia, superior per exemple a 150 KeV; aquests són els anomenats microscopis electrònics d’alta tensió. Un segon tipus de microscopi electrònic (superat avui, però, per altres models) és el microscopi electrònic d’emissió, la base del funcionament del qual és la formació d’una imatge a partir dels electrons que la mostra emet, sia espontàniament (quan és radioactiva, per exemple), sia a conseqüència d’un estímul excitador (radiatiu, tèrmic, etc). La varietat més emprada és el microscopi electrònic d’escombratge (o de scanning, o de rastreig) (MER, en anglès scanning electron microscope, SEM) el funcionament del qual consisteix en el següent: un feix intens d’electrons és focalitzat sobre la superfície a estudiar, la qual, en conseqüència, emet electrons secundaris, que són detectats per algun tipus de detector, generalment un comptador d’escintil·lacions, que genera un senyal; aquest senyal, convenientment amplificat, alimenta l’elèctrode de control d’un tub de raigs catòdics i modula la intensitat del feix d’electrons emesos pel càtode i, consegüentment, la lluminositat del punt de la pantalla sobre el qual aquell incideix. Les bobines que comanden la deflexió horitzontal i vertical del feix que incideix sobre la pantalla visualitzadora (escombratge), funcionen sincrònicament amb les que comanden l’escombratge del feix d’electrons que ho fa sobre la mostra d’observació, de manera que, sobre la pantalla, hom veu reproduïda, punt a punt, la imatge de la mostra. La resolució és considerable; per exemple, si els electrons emprats són d’uns 30 KeV, la resolució assolida és d’uns 5 nm. Aquest tipus de microscopi és força emprat en metal·lografia, geologia i biologia. D’entre els altres tipus de microscopi electrònic, cal destacar els següents. El microscopi electrònic de reflexió consisteix en un feix d’electrons que il·luminen la mostra amb un angle d’incidència molt baix i una lent objectiu que forma una imatge a partir dels electrons reflectits; les imatges obtingudes donen una gran sensació de relleu. Un tipus poc freqüent i poc utilitzat és el microscopi iònic de camp, que consisteix en una punta molt fina, col·locada en una atmosfera molt tènue d’un gas fàcilment ionitzable i poc reactiu (com, per exemple, un gas rar); hom crea un camp elèctric entre la punta i una pantalla fluorescent, de manera que els ions del gas que s’han produït en contacte amb la punta van cap a la pantalla, tot fent possible d’estudiar l’estructura cristal·lina de la punta, per la qual cosa aquest microscopi ha resultat especialment interessant per a l’anàlisi de metalls. Un microscopi semblant és el microscopi d’efecte túnel, la resolució del qual és extraordinària (una resolució lateral de l’ordre de 0,1 nm i una resolució perpendicular a l’objecte de l’ordre de 0,01 nm), que permet de revelar l’estructura atòmica de superfícies metàl·liques; el principi físic en què es basa, l'efecte túnel, és explicat per la mecànica quàntica, i la seva aplicació a la formació d’imatges fou desenvolupada per G.Binnig i H.Rohrer, que per aquesta raó compartiren el premi Nobel de física del 1986 amb E.Ruska.
m
Física
Esquema del funcionament s’un micrroscopi electrònic de transmissió (a dalt) i d’escombratge (a baix)
© Fototeca.cat
Nom genèric d’una àmplia classe de microscopis que visualitzen un objecte de petites dimensions en fer-lo interaccionar amb electrons.