Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ). Электронная микроскопия

Электронная микроскопия.

Был придуман в 1930 годы, чтобы увеличить разрешающую способность предложили вместо светового излучения использовать излучение фотонов (поток электронов) длинна волны которых определяется по формуле:

ƛ=h/mv – длинна волны Дебройля.

h – 6.624*10^-24 Дж*м

m – 0.9*10^-27

v – скорость электрона.

Предельная разрешающая способность электронных микроскопов в 1000 раз больше чем у оптических микроскопов. Для того чтобы получить изображение в микроскопе используется поток электронов испускаемых раскалённым катодом. Управляются электроны с помощью внешних электромагнитных полей. Электронное изображение формируется электрическими и магнитными полями так же как световое оптическими линзами. Устройство фокусировки и рассеяния электронного пучка называют электронными линзами. Поскольку глаз не может непосредственно воспринимать электронные пучки, то они направляются на люминисцетные экраны мониторов. Можно увидеть отдельные атомы. Наибольшее распространение получил растровый микроскоп (РЭМ). В таком микроскопе тонкий луч электронов диаметром 10нм сканирует образец по горизонтальным строчкам и синхронно передаёт сигнал на монитор, аналогичен работе телевизора. Источник электронов металл (вольфрам), из которого при нагревании испускаются электроны – термоэлектронные эмиссии. Необходимость работы в полном вакууме, поскольку наличие газов внутри камеры может привести к его ионизации и исказить результаты. Электроны оказывают разрушительное воздействие на некоторые вещи. Позволяет увидеть атомную решётку, различить атом, однако его разрешения недостаточно, чтобы увидеть атомную структуру или наличие химических связей в молекуле. Для этой цели используют нейтронные микроскопы.

Нейтронные микроскопы. Нейтроны входят вместе с протонами, входят в состав атомных ядер и имеют массу в 2000 раз больше чем электроны. Разрешающая способность в 1000 раз выше, чем у электронных микроскопов. Основной недостаток нейтроны не могут управляться электромагнитными полями, поэтому соорудить их очень трудно.

В основе работы СЗМ лежит принцип ощупывания мельчайших неровностей поверхности сверхтонким зондом.

Преимущества СЗМ перед электронными микроскопами:

1) Обеспечивают возможность атомарного разрешения при работе не только в вакууме, но и в газовой, жидкой среде.

2) Осуществляет возможность манипуляции с отдельными атомами и молекулами, например отрыв и перенос атома в заданное место.

Недостатки:

1) Сложны в использовании, затупившаяся или повреждённая игла зонда, недостаточно чистая поверхность образца могут мешать достижению атомарного разрешения.

2) Для надёжного функционирования необходимо обеспечить вибро и шумоизоляцию.

В настоящее время с помощью СЗМ наблюдают за атомарной структурой микрокристаллов, полупроводников.