Microscopio atomico Somiglianze e differenze del principio di imaging del microscopio ottico
Basato sul concetto di ottica elettronica, un microscopio elettronico è un dispositivo che visualizza i dettagli intricati delle sostanze a ingrandimenti estremamente elevati utilizzando fasci di elettroni e lenti di elettroni anziché raggi di luce e lenti ottiche.
La distanza più breve che un microscopio elettronico può colmare tra due punti vicini viene utilizzata per descrivere il suo potere risolutivo. La risoluzione dei microscopi elettronici a trasmissione negli anni 1970 era di circa 0,3 nanometri (il potere di risoluzione dell'occhio umano è di circa 0,1 millimetri). Ora che l'ingrandimento massimo del microscopio elettronico supera i 3 milioni di volte, rispetto all'ingrandimento massimo del microscopio ottico di sole circa 2000 volte, è possibile osservare direttamente gli atomi di alcuni metalli pesanti e i reticoli atomici ordinati nei cristalli utilizzando il microscopio elettronico.
Quando gli scienziati tedeschi Knorr-Bremse e Ruska modificarono un oscilloscopio ad alta tensione con una sorgente di elettroni a scarica a catodo freddo e tre lenti elettroniche nel 1931, furono in grado di ottenere un'immagine ingrandita di oltre dieci volte, confermando la fattibilità dell'imaging ingrandito utilizzando un microscopio elettronico. Dopo i progressi di Ruska, il potere risolutivo del microscopio elettronico raggiunse i 50 nanometri nel 1932, quasi 10 volte quello del microscopio ottico dell'epoca. Di conseguenza, le persone hanno iniziato a prestare maggiore attenzione al microscopio elettronico.
Per correggere l'asimmetria rotazionale della lente elettronica, Hill negli Stati Uniti ha utilizzato un astigmatizzante negli anni '400. Questa innovazione ha aiutato il potere risolutivo del microscopio elettronico a progredire e alla fine ha raggiunto il livello odierno. Un microscopio elettronico a trasmissione con una risoluzione di 3 nanometri è stato creato con successo in Cina nel 1958 e un grande microscopio elettronico con una risoluzione di 0,3 nanometri è stato prodotto lì nel 1979.
Sebbene il potere risolutivo del microscopio elettronico sia molto maggiore di quello del microscopio ottico, è difficile osservare gli esseri viventi perché il microscopio elettronico deve funzionare nel vuoto e l'irradiazione del fascio di elettroni causerà danni da radiazioni ai campioni biologici. Occorre anche approfondire la ricerca su come migliorare la luminosità del cannone elettronico e il calibro della lente elettronica, tra le altre cose.
Una misura essenziale della microscopia elettronica è il potere risolutivo, che dipende dall'angolo del cono incidente e dalla lunghezza d'onda del fascio di elettroni mentre attraversa il materiale. Mentre la lunghezza d'onda dei fasci di elettroni è correlata alla tensione di accelerazione, la lunghezza d'onda della luce visibile varia da 300 a 700 nanometri. La lunghezza d'onda del fascio di elettroni è di circa 0,0053–0,0037 nanometri quando la tensione di accelerazione è di 50–100 kV. Anche se l'angolo del cono del fascio di elettroni è solo l'1% di quello del microscopio ottico, il potere risolutivo del microscopio elettronico è ancora significativamente maggiore di quello del microscopio ottico perché la lunghezza d'onda del fascio di elettroni è molto più corta della lunghezza d'onda di luce visibile.
