Atoommicroscoop Overeenkomsten en verschillen van het beeldvormingsprincipe van de optische microscoop
Gebaseerd op het concept van elektronenoptica, is een elektronenmicroscoop een apparaat dat de ingewikkelde details van stoffen bij extreem hoge vergrotingen visualiseert met behulp van elektronenstralen en elektronenlenzen in tegenstelling tot lichtstralen en optische lenzen.
De kortste afstand die een elektronenmicroscoop kan overbruggen tussen twee naburige plekken wordt gebruikt om het oplossend vermogen te beschrijven. De resolutie van transmissie-elektronenmicroscopen in de jaren 1970 was ongeveer 0,3 nanometer (het oplossend vermogen van het menselijk oog is ongeveer 0,1 millimeter). Nu de maximale vergroting van de elektronenmicroscoop meer dan 3 miljoen keer is, vergeleken met de maximale vergroting van de optische microscoop van slechts ongeveer 2000 keer, is het mogelijk om de atomen van sommige zware metalen en de geordende atoomroosters in kristallen direct waar te nemen met behulp van de elektronenmicroscoop.
Toen de Duitse wetenschappers Knorr-Bremse en Ruska in 1931 een hoogspanningsoscilloscoop aanpasten met een ontladingselektronenbron met koude kathode en drie elektronenlenzen, konden ze een beeld verkrijgen dat meer dan tien keer was vergroot, wat de levensvatbaarheid van vergrote beeldvorming bevestigde. behulp van een elektronenmicroscoop. Na de vorderingen van Ruska bereikte het oplossend vermogen van de elektronenmicroscoop in 1932 50 nanometer, bijna 10 keer dat van de toenmalige optische microscoop. Hierdoor ging men meer aandacht besteden aan de elektronenmicroscoop.
Om de rotatieasymmetrie van de elektronenlens te corrigeren, gebruikte Hill in de Verenigde Staten in de jaren 194{3} een astigmatiseerder. Deze innovatie hielp het oplossend vermogen van de elektronenmicroscoop vooruit en bereikte uiteindelijk het niveau van vandaag. In 1958 werd in China met succes een transmissie-elektronenmicroscoop met een resolutie van 3 nanometer gemaakt en in 1979 een grote elektronenmicroscoop met een resolutie van 0,3 nanometer.
Hoewel het oplossend vermogen van de elektronenmicroscoop veel groter is dan dat van de optische microscoop, is het een uitdaging om levende wezens waar te nemen, omdat de elektronenmicroscoop in een vacuüm moet werken en de bestraling van de elektronenbundel stralingsschade aan de biologische monsters zal veroorzaken. Ook moet verder worden onderzocht hoe de helderheid van onder meer het elektronenkanon en het kaliber van de elektronenlens kan worden verbeterd.
Een essentiële maatstaf voor elektronenmicroscopie is het oplossend vermogen, dat afhangt van de hoek van de invallende kegel en de golflengte van de elektronenbundel wanneer deze door het materiaal gaat. Terwijl de golflengte van elektronenbundels gecorreleerd is met de versnellende spanning, varieert de golflengte van zichtbaar licht van 300 tot 700 nanometer. De golflengte van de elektronenbundel is ongeveer 0,0053–0,0037 nanometer wanneer de versnellingsspanning 50–100 kV is. Zelfs als de kegelhoek van de elektronenbundel slechts 1 procent is van die van de optische microscoop, is het oplossend vermogen van de elektronenmicroscoop nog steeds aanzienlijk groter dan dat van de optische microscoop, omdat de golflengte van de elektronenbundel veel korter is dan de golflengte van zichtbaar licht.
