ELEKTRONICKÝ MIKROSKOP- prístroj na pozorovanie a fotografovanie opakovane (až 10 6-krát) zväčšeného obrazu objektu, v ktorom sú namiesto svetelných lúčov použité lúče zrýchlené na vysoké energie (30-1000 keV a viac) v hlbokých podmienkach. Phys. základy optických prístrojov s korpuskulárnym lúčom. prístroje položil v rokoch 1827, 1834-35 (takmer sto rokov pred príchodom EM) W. P. Hamilton, ktorý dokázal existenciu analógie medzi prechodom svetelných lúčov v opticky nehomogénnom prostredí a dráhami častíc v silových poliach. .. Uskutočniteľnosť vytvorenia EM sa stala zrejmou po vyslovení hypotézy de Broglieho vĺn v roku 1924 a tech. predpoklady vytvoril H. Busch (H. Busch), to-ry v roku 1926 skúmal zaostrovacie vlastnosti osovo symetrických polí a vyvinul magn. elektronická šošovka. V roku 1928 M. Knoll a E. Ruska začali vytvárať prvý magn. prenos EM (TEM) a o tri roky neskôr získal obraz objektu, tvorený elektrónovými lúčmi. V nasledujúcich rokoch boli postavené prvé rastrové EM (SEM), fungujúce na princípe skenovania, teda sekvenčného pohybu tenkého elektrónového lúča (sondy) po objekte z bodu do bodu. K ser. 60. roky 20. storočia SEM dosiahli špičkovú technológiu. dokonalosť a od tej doby sa začalo ich rozsiahle používanie vo vede. výskumu. MKP majú najvyššie rozhodnutie, prevyšujúce svetlo mikroskopy vo viacerých. tisíckrát. Riešenie, ktoré charakterizuje schopnosť zariadenia zobraziť oddelene dva veľmi blízko umiestnené detaily objektu pre TEM je 0,15-0,3 HM, t.j. dosahuje úroveň, ktorá umožňuje pozorovať atómovú a molekulárnu štruktúru skúmaného objektu. predmety. Tieto vysoké rozlíšenia sú dosiahnuté vďaka extrémne krátkej vlnovej dĺžke elektrónov. Šošovky E. m. Majú aberácie, účinné metódy korekcie na rykh neboli nájdené, na rozdiel od svetelného mikroskopu (pozri. Elektronická a iónová optika Preto v TEM magn. elektronické šošovky(EL), v ktorých sú aberácie rádovo menšie, úplne nahradili elektrostatické. Optimálna clona (viď. Membrána v elektronickom a iónovom optike e) je možné zmenšiť sférický. ovplyvňujúce aberáciu šošovky
TEM v prevádzke možno rozdeliť do troch skupín: EM s vysokým rozlíšením, zjednodušené TEM a jedinečné EM s ultra vysokým rozlíšením.
Vysoké rozlíšenie TEM(0,15 - 0,3 nm) - univerzálne zariadenia na viacúčelové účely. Používajú sa na pozorovanie obrazu predmetov vo svetlom a tmavom poli, na elektronografické štúdium ich štruktúry. metóda (pozri. Elektronografia), ktorá drží miestne množstvá. pomocou spektrometra energ. strata elektrónov a kryštalické rtg. a polovodičové a prijímacie spektroskopické. obrázky objektov pomocou filtra, ktorý odfiltruje elektróny s energiami mimo danej energie. okno. Strata energie elektrónov prechádzajúcich filtrom a vytvárajúcich obraz je spôsobená prítomnosťou jednej chemikálie v objekte. element. Preto sa zvyšuje kontrast oblastí, v ktorých je tento prvok prítomný. Posúvanie okna pozdĺž energie spektrum príjem distribúcia rozklad. prvky obsiahnuté v objekte. Filter sa tiež používa ako monochromátor na zvýšenie rozlišovacej schopnosti elektrónov pri štúdiu objektov veľkej hrúbky, ktoré zvyšujú šírenie energie elektrónov a (v dôsledku toho) chromatickú aberáciu.
S pomocou add. zariadenia a prídavné zariadenia študované v objekte TEM môžu byť naklonené v rôznych rovinách vo veľkých uhloch k optike. osi, zahrievať, chladiť, deformovať. Napätie urýchľujúce elektróny v EM s vysokým rozlíšením je 100-400 kV, je regulované stupňovito a je vysoko stabilné: po dobu 1 - 3 minút sa jeho hodnota nemôže zmeniť o viac ako (1-2) · 10 -6 od počiatočnej hodnoty . Hrúbka predmetu závisí od urýchľovacieho napätia, ktoré môže byť „osvetlené“ elektrónovým lúčom. V 100-kilovoltových emulziách sa študujú predmety od 1 do niekoľkých hrúbok. desiatky nm.
Schematický TEM opísaného typu je znázornený na obr. 1. Vo svojej elektronickej optike. systém (stĺpec) pomocou vákuového systému vytvára hlboké vákuum (tlak až ~ 10 -5 Pa). Elektrónovo-optický obvod MKP systém je znázornený na obr. 2. Vznikne zväzok elektrónov, ktorého zdrojom je horúca katóda elektrónová pištoľ a vysokonapäťovým urýchľovačom a potom je dvakrát zaostrený prvým a druhým kondenzorom, ktoré vytvoria na objekte malú elektronickú "bodku" (priemer bodu sa môže po nastavení meniť od 1 do 20 µm). Po prechode objektom sú niektoré elektróny rozptýlené a zadržané apertúrnou clonou. Nerozptýlené elektróny prechádzajú cez apertúru clony a sú zaostrené objektívom v rovine objektu strednej elektrónovej šošovky. Tu sa vytvorí prvý zväčšený obrázok. Nasledujúce šošovky vytvárajú druhý, tretí atď. obraz. Tá druhá, projekčná šošovka, vytvára obraz na katodoluminiscenčnej obrazovke, ktorá žiari vplyvom elektrónov. Stupeň a povaha rozptylu elektrónov nie sú rovnaké v rôznych bodoch objektu, pretože hrúbka, štruktúra a chemikálie. zloženie objektu sa mení bod od bodu. V súlade s tým sa mení počet elektrónov prechádzajúcich cez apertúrnu clonu a tým aj hustota prúdu v obraze. Vzniká amplitúdový kontrast, ktorý sa premieňa na svetelný kontrast na obrazovke. V prípade tenkých predmetov, fázový kontrast spôsobené zmenou fáz rozptýlených v objekte a zasahujúcich do roviny obrazu. Pod sitom emulzie je umiestnený sklad s fotografickými platňami, pri fotografovaní sa sito sníma a elektróny pôsobia na vrstvu fotoemulzie. Obraz je zaostrovaný šošovkou objektívu pomocou plynulého nastavenia prúdu, ktorý mení jeho magn. lúka. Prúdy iných elektronických šošoviek regulujú zväčšenie EM, rez rovný súčinu zväčšení všetkých šošoviek. Pri veľkých zväčšeniach sa jas obrazovky stáva nedostatočným a obraz sa pozoruje pomocou zosilňovača jasu. Na analýzu obrazu sa vykoná analógovo-digitálna konverzia informácií v ňom obsiahnutých a spracovanie v počítači. Zosilnený a spracovaný obraz podľa daného programu sa zobrazí na obrazovke počítača a v prípade potreby sa vloží do pamäťového zariadenia.
Ryža. 1. Transmisný elektrónový mikroskop (TEM): 1
-elektronické delo s akcelerátorom; 2-kondenzátburinové šošovky; 3
- šošovka objektívu; 4
- projekcia šošovky; 5
-svetelný mikroskop, dodatočne oddialenýčítanie obrazu na obrazovke; b-tokorálky s pozorovacie okienka cez ktoré môžete pozorovaťdať obrázok; 7
- vysokonapäťový kábel; 8
- vákuový systém; 9
- Diaľkové ovládanie; 10
-stáť; 11
- vysokonapäťové napájacie zariadenie; 12
- napájanie objektívu.
Ryža. 2. Elektrónovo-optická schéma TEM: 1
-katóda; 2 - zaostrovací valec; 3
-urýchľovač; 4
-zavytváranie vysokého (krátkeho dosahu) kondenzátora zmenšený obraz zdroja elektrónov; 5
- druhý (dlhý ohniskový) kondenzor, ktorý prenesie miniatúrny obrázok zdroja elektróny na objekt; 6
-objekt; 7
-priemer clonyfragment šošovky; 8
- šošovka; 9
, 10, 11
-systém projekčné šošovky; 12
-katodoluminiscenčné obrazovke.
Zjednodušené TEM určené na vedecké. štúdie, v ktorých sa nevyžaduje vysoké rozlíšenie. Používajú sa aj na presilovky. prezeranie predmetov, rutinnú prácu a na vzdelávacie účely. Tieto zariadenia sú konštrukčne jednoduché (jeden kondenzor, 2-3 elektronické šošovky na zväčšenie obrazu objektu), majú nižšie (60-100 kV) urýchľovacie napätie a nižšiu stabilitu vysokého napätia a prúdov šošoviek. Ich rozlíšenie je 0,5-0,7 nm.
Ultravysoké napätie E. m ... (SVEM) - zariadenia s urýchľovacím napätím od 1 do 3,5 MB - sú veľkorozmerné konštrukcie s výškou 5 až 15 m. Je pre ne vybavené špeciálnym zariadením. priestory alebo postaviť samostatné budovy, ktoré sú neoddeliteľnou súčasťou komplexu SVEM. Prvé SVEM boli určené na štúdium objektov s veľkou hrúbkou (1 -10 µm), s rezom zachovávajúcim vlastnosti masívneho telesa. Kvôli silnému vplyvu chromatiky. aberácií, rozlišovacia schopnosť takýchto emisií je znížená. V porovnaní so 100-kilovoltovými EM je však rozlíšenie obrázkov hrubých predmetov v SHEM 10-20-krát vyššie. Keďže energia elektrónov v SHEM je vyššia, ich vlnová dĺžka je kratšia ako v TEM s vysokým rozlíšením. Preto po vyriešení zložitých tech. problémy (trvalo to viac ako jedno desaťročie) a implementácia vysokej odolnosti voči vibráciám, spoľahlivej izolácie vibrácií a dostatočnej mechanickej a elektrické. Najvyššie rozlíšenie (0,13-0,17 nm) pre priesvitné EM bolo dosiahnuté na SHEM, čo umožnilo fotografovať snímky atómových štruktúr. Avšak, sférický. aberácia objektívu a rozostrenie skresľujú snímky zachytené v maximálnom rozlíšení a bránia získaniu spoľahlivých informácií. Táto informačná bariéra je prekonaná pomocou ohniskových sérií obrázkov, ktoré sa získajú pri dec. rozostrenie šošovky. Paralelne sa pre rovnaké rozostrenia simuluje študovaná atómová štruktúra na počítači. Porovnanie ohniskovej série so sériou modelových snímok pomáha dešifrovať mikrofotografie atómových štruktúr nasnímané pomocou SHEM s konečným rozlíšením. Na obr. 3 je znázornená schéma SVEM umiestneného v špeciáli. budova. Hlavná jednotky zariadenia sú spojené do jedného komplexu pomocou plošiny, okraje sú zavesené na strope na štyroch reťaziach a pružinách tlmiacich nárazy. Na vrchu plošiny sú dve nádrže naplnené izolačným plynom pod tlakom 3-5 atm. V jednom z nich je umiestnený vysokonapäťový generátor, v druhom elektrostatický. urýchľovač elektrónov s elektrónovou pištoľou. Obe nádrže sú spojené odbočným potrubím, cez ktoré sa prenáša vysoké napätie z generátora do urýchľovača. Zo spodu k nádrži s akcelerátorom prilieha elektronicko-optika. stĺp umiestnený v spodnej časti budovy, chránený stropom pred röntgenovým žiarením. žiarenie generované v urýchľovači. Všetky uvedené uzly tvoria tuhú štruktúru s fyzikálnymi vlastnosťami. kyvadlo s veľkou (až 7 s) periódou vlastného. , to-raže sa hasia kvapalinovými tlmičmi. Systém kyvadlového zavesenia poskytuje účinnú izoláciu SVEM od vonkajšej strany. vibrácie. Zariadenie je ovládané z diaľkového ovládača umiestneného v blízkosti stĺpa. Usporiadanie šošoviek, stĺpikov a iných jednotiek zariadenia je podobné ako u zodpovedajúcich FEM zariadení a líši sa od nich veľkými rozmermi a hmotnosťou.
Ryža. 3. Ultravysokonapäťový elektrónový mikroskop (SVEM): 1-vibračná izolačná platforma; 2-reťazce, na ktorej plošina visí; 3 - tlmenie nárazov pružiny; 4-nádrže obsahujúce generátor vásvysokonapäťový a elektrónový urýchľovač s elektrónomnoahové delo; 5-elektrónový optický stĺpec; 6- presah rozdeľujúci budovu SVEM na hornú a dolné chodby a pracujúci ochranný personál dolná hala z röntgenových lúčov; 7 - diaľkové ovládanie ovládanie mikroskopu.
Raster E. m... (SEM) s tepelnou emisnou pištoľou je najbežnejším typom zariadení v elektrónová mikroskopia... Používajú volfrámové a hexaborid-lantánové horúce katódy. Rozlíšenie SEM závisí od elektronického jasu pištole a v zariadeniach tejto triedy je 5-10 nm. Urýchľovacie napätie je nastaviteľné od 1 do 30-50 kV. Zariadenie SEM je znázornené na obr. 4. Pomocou dvoch alebo troch elektronických šošoviek sa úzka elektrónová sonda zaostrí na povrch vzorky. Magn. vychyľovacie cievky rozmiestnia sondu cez vopred určenú oblasť na objekte. Pri interakcii elektrónov sondy s objektom vzniká niekoľko typov žiarenia (obr. 5): sekundárne a odrazené elektróny; Augerove elektróny; röntgen brzdné svetlo a charakteristické vyžarovanie (viď. charakteristické spektrum); svetelné žiarenie a pod. Akékoľvek žiarenie, prúdy elektrónov prechádzajúce objektom (ak je tenký) a absorbované v objekte, ako aj napätie indukované na objekte, je možné zaznamenať vhodnými detektormi, ktoré tieto emisie premieňajú. prúdov a napätí na elektrinu. signály, ktoré sa po zosilnení privádzajú do katódovej trubice (CRT) a modulujú jej lúč. Skenovanie lúča CRT sa vykonáva synchrónne so skenovaním elektrónovej sondy v SEM a na obrazovke CRT sa pozoruje zväčšený obraz objektu. Zväčšenie sa rovná pomeru veľkosti rámu na obrazovke CRT k zodpovedajúcej veľkosti na skenovanom povrchu objektu. Obraz je fotografovaný priamo z CRT obrazovky. Hlavná výhodou SEM je vysoký informačný obsah zariadenia, vzhľadom na schopnosť pozorovať obrazy pomocou signálov z dekomp. detektory. Pomocou SEM môžete skúmať mikroreliéf, distribúciu chemikálií. kompozícia pre objekt, p-n-prechody na vytváranie röntgenových lúčov. spektrálna analýza a iné SEM sú široko používané v technol. procesov (riadenie v elektronických litografických technológiách, overovanie a zisťovanie porúch v mikroobvodoch, metrológia mikroproduktov a pod.).
Ryža. 4. Schéma rastrovacieho elektrónového mikroskopu (SEM): 1
- izolátor elektrónovej pištole; 2
-V-obrazny horúca katóda; 3
- zaostrovacia elektróda; 4
- anóda; 5
- kondenzorové šošovky; 6
-bránica; 7
- dvojvrstvový vychyľovací systém; 8
- šošovka; 9
-apertúrna clona šošovky; 10
-objekt; 11
-detektor sekundárnych elektrónov; 12
-kryštáltvárový spektrometer; 13
- proporcionálne počítadlo; 14
- predzosilňovač; 15
- zosilňovacia jednotka; 16, 17
- vybavenie na registráciu röntgenové žiarenie; 18
- zosilňovacia jednotka; 19
- jednotka na nastavenie zväčšenia; 20, 21
- bloky horiazónové a vertikálne zametanie; 22, 23
-elektrónne trubice.
Ryža. 5. Schéma registrácie informácií o objekte, prijaté v SEM; 1-primárny elektrónový lúč; 2-sekundárny elektrónový detektor; Prenájom 3 detektorovgénové žiarenie; 4-detektor odrazených elektrons; 5-detektor Augerových elektrónov; 6-detektorové svetložiarenie produktu; 7 - detektor minulej elektroNový; 8 - obvod na zaznamenávanie prechádzajúceho prúdu objekt elektrónov; 9-obvodový pre záznam prúdu elektróny absorbované v objekte; 10-kruhový pre reregistrácia elektriky potenciál.
SEM s vysokým rozlíšením sa realizuje pri vytváraní obrazu pomocou sekundárnych elektrónov. Je nepriamo úmerný priemeru zóny, z ktorej sú tieto elektróny emitované. Veľkosť zóny závisí od priemeru sondy, vlastností objektu, rýchlosti elektrónov primárneho lúča a pod.. S veľkou hĺbkou prieniku primárnych elektrónov sa zväčšujú sekundárne procesy rozvíjajúce sa všetkými smermi. priemer zóny a rozlíšenie sa zmenšujú. Detektor sekundárnych elektrónov pozostáva z elektrónka fotonásobiča(fotomultiplikátor) a elektrón-fotónový konvertor, hlavný. ktorého prvkom je scintilátor. Počet zábleskov scintilátora je úmerný počtu sekundárnych elektrónov vyradených v danom bode objektu. Po zosilnení vo fotonásobiči a vo video zosilňovači signál moduluje lúč CRT. Veľkosť signálu závisí od topografie vzorky, prítomnosti miestnej elektriky. a magn. mikropolia, hodnoty koef. emisia sekundárnych elektrónov, to-ry, zasa závisí od chemikálie. zloženie vzorky v danom bode.
Odrazené elektróny sú zachytené polovodičovým detektorom s p - n-prechod. Kontrast obrazu je spôsobený závislosťou koeficientu. odrazy od uhla dopadu primárneho lúča v danom bode objektu a od at. čísla látok. Rozlíšenie obrazu získaného v „odrazených elektrónoch“ je nižšie ako rozlíšenie získané pomocou sekundárnych elektrónov (niekedy aj rádovo). Vzhľadom na priamosť letu elektrónov sú informácie o oddelení. sa strácajú oblasti objektu, z ktorých nevedie priama cesta k detektoru (objavujú sa tiene). Aby sa eliminovala strata informácie, ako aj vytvorenie obrazu reliéfu vzorky, rez nie je ovplyvnený jej elementárnym zložením a naopak, aby sa vytvoril distribučný vzor chemikálie. prvkov v objekte, ktorý nie je ovplyvnený jeho reliéfom, sa v SEM používa detektorový systém pozostávajúci z viacerých. detektory umiestnené okolo objektu, ktorých signály sa od seba odčítajú alebo sčítajú a výsledný signál sa po zosilnení privádza do CRT modulátora.
röntgen. charakteristika žiarenia je zaznamenaný kryštál. (vlnodisperzné) alebo polovodičové (energie dispergované) spektrometre, ktoré sa navzájom dopĺňajú. V prvom prípade röntgen. žiarenie po odraze kryštálom spektrometra vstupuje do plynu proporcionálne počítadlo, a v druhom - röntgen. Kvantové excitované signály v polovodičovom chladenom (na redukciu šumu) detektore vyrobenom z kremíka dopovaného lítiom alebo germániom. Po zosilnení môžu byť signály spektrometrov privedené do CRT modulátora a na jeho obrazovke sa objaví obraz distribúcie tej či onej chemikálie. prvku pozdĺž povrchu objektu.
Na SEM vybavenom röntgenom. spektrometre produkujú lokálne množstvá. analýza: zaznamenajte počet impulzov excitovaných röntgenovým lúčom. kvantá z miesta, kde je elektronická sonda zastavená. Crystallich. spektrometer s použitím súpravy kryštálových analyzátorov s dec. medzirovinné vzdialenosti (viď. Stav Bragg-Wolfe) rozlišuje s vysokým spektrom. rozlišovacia charakteristika spektrum z hľadiska vlnových dĺžok, pokrývajúce rozsah prvkov od Be po U. Polovodičový spektrometer rozlišuje röntgenové žiarenie. kvantá svojimi energiami a súčasne registruje všetky prvky od B (alebo C) po U. Jeho spektrálne rozlíšenie je nižšie ako u kryštalického. spektrometer, ale vyššia citlivosť. Existujú aj ďalšie výhody: rýchle dodávanie informácií, jednoduchý dizajn, vysoké výkonové charakteristiky.
Raster Auger-E. m... (ROEM) -zariadenia, v ktorých sa pri skenovaní elektronickej sondy detegujú Augerove elektróny z hĺbky objektu nie viac ako 0,1-2 nm. V takejto hĺbke sa výstupná zóna Augerových elektrónov nezväčšuje (na rozdiel od sekundárnych emisných elektrónov) a rozlišovacia schopnosť zariadenia závisí len od priemeru sondy. Zariadenie pracuje pri ultravysokom vákuu (10 -7 -10 -8 Pa). Jeho urýchľovacie napätie je cca. 10 kV. Na obr. 6 je znázornené zariadenie ROEM. Elektrónové delo pozostáva z hexaborid-lantánovej alebo volfrámovej horúcej katódy pracujúcej v Schottkyho režime a trojelektródovej elektrostatiky. šošovky. Elektrónová sonda je zaostrená touto šošovkou a magn. šošovka, v ktorej ohniskovej rovine sa predmet nachádza. Zber Augerových elektrónov sa vykonáva pomocou valcového. zrkadlový analyzátor energie, ktorého vnútorná elektróda pokrýva telo šošovky a vonkajšia je priľahlá k objektu. Pomocou analyzátora, ktorý rozlišuje energiu od Augerových elektrónov, sa skúma distribúcia chemikálie. prvkov v povrchovej vrstve objektu so submikrónovým rozlíšením. Na štúdium hlbokých vrstiev je prístroj vybavený iónovou pištoľou, pomocou rezu sa odstraňujú horné vrstvy objektu metódou iónového leptania.
Ryža. b. Schéma rastrovacieho Augerovho elektrónového mikroskopu(ROEM): 1 - iónová pumpa; 2- katóda; 3 - trojelektródová elektrostatická šošovka; 4-kanálový detektor; 5-apertúrna clona objektívu; 6-poschodová vychyľovací systém na zametanie elektronickej sondy; 7-šošovka; 8- vonkajšia elektróda valcová zrkadlový analyzátor; 9-objekt.
SEM s poľnou emisnou pištoľou majú vysoké rozlíšenie (až 2-3 nm). V poľnej emisnej pištoli sa používa katóda vo forme hrotu, v hornej časti ktorej dochádza k silnému elektrickému šoku. pole, ktoré vytiahne elektróny z katódy ( autoelektronické emisie)... Elektronická svietivosť pištole s poľnou emisnou katódou je 10 3 -10 4 krát vyššia ako svietivosť pištole s horúcou katódou. Prúd elektrónovej sondy sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje. Preto v SEM s pištoľou na emisiu poľa, spolu s pomalým rýchlym pohybom, sa priemer sondy zmenšuje, aby sa zvýšilo rozlíšenie. Katóda s emisiou poľa však pracuje stabilne iba pri ultravysokom vákuu (10-7-10-9 Pa), čo komplikuje návrh a prevádzku takýchto SEM.
Priesvitný raster E. m... (STEM) majú rovnaké vysoké rozlíšenie ako TEM. Tieto zariadenia používajú pištole s emisiami v teréne pracujúce v ultra vysokom vákuu (až 10 -8 Pa), ktoré poskytujú dostatočný prúd v sonde s malým priemerom (0,2 - 0,3 nm). Priemer sondy je zmenšený o dva magn. šošovky (obr. 7). Pod objektom sú umiestnené detektory – centrálny a kruhový. Prvý dostane nerozptýlené elektróny a po konverzii a zosilnení zodpovedajúcich signálov sa na obrazovke CRT objaví obraz v jasnom poli. Prstencový detektor zbiera rozptýlené elektróny, aby vytvoril obraz v tmavom poli. V STEM je možné študovať hrubšie objekty ako v TEM, pretože zvýšenie počtu neelasticky rozptýlených elektrónov s hrúbkou neovplyvňuje rozlíšenie (po objekte nie je elektronická optika na vytváranie obrazu). Pomocou energetického analyzátora sú elektróny prechádzajúce objektom rozdelené do elasticky a neelasticky rozptýlených lúčov. Každý lúč zasiahne svoj vlastný detektor a na CRT sa pozorujú zodpovedajúce obrázky, ktoré obsahujú ďalšie. informácie o elementárnom zložení objektu. Vysoké rozlíšenie v STEM sa dosahuje pri pomalých pohyboch, pretože prúd v sonde s priemerom iba 0,2-0,3 nm je nízky. PREM sú vybavené všetkými prístrojmi používanými v elektrónovej mikroskopii na analytické účely. výskumné objekty a najmä energetické spektrometre. strata elektrónov, röntgen. spektrometre, sofistikované systémy na detekciu prenesených, spätne rozptýlených a sekundárnych elektrónov, emitujúcich skupinu elektrónov rozptýlených na dekomp. rohy s dif. energie a pod. Zariadenia sú doplnené o počítače na integrované spracovanie prichádzajúcich informácií.
Ryža. 7. Schematický diagram priesvitného rastraelektrónový mikroskop (PREM): 1-autoemisiónová katóda; 2-stredná anóda; 3- anóda; 4- membránový "iluminátor"; 5-magnetická šošovka; 6-dvastupňovitý vychyľovací systém pre elektrónové rozmietaniesonda na nohy; 7-magnetická šošovka; 8 - clona clona objektívu; 9 - objekt; 10 - vychyľovací systém; 11 - kruhový detektor rozptýlených elektrónov; 12 - detektor nerozptýlených elektrónov (odstránený pri prevádzka magnetického spektrometra); 13 - magnetické spektrometer; 14-vychyľovací systém odberu vzoriek elektróny s rôznymi stratami energie; 15 - štrbina spektrometer; 16-detektorový spektrometer; VE-sekundárneelektróny; hv-Röntgenové žiarenie.
Emisie E. m... vytvoriť obraz predmetu elektrónmi, to-raž vyžaruje samotný predmet pri zahrievaní, bombardovaní primárnym lúčom elektrónov, pod vplyvom elektromagnetu. vyžarovanie a uloženie silného el. pole, ktoré vytrháva elektróny z objektu. Tieto zariadenia majú zvyčajne úzky účel (pozri. Elektronický projektor).
Zrkadlový E. m... slúžiť Ch. arr. na vizualizáciu elektrostatického náboja. „potenciálnych úľav“ a magn. mikropolia na povrchu objektu. Hlavná elektronický optický prvkom zariadenia je elektronické zrkadlo, a jednou z elektród je samotný objekt, ktorý je pod malým negatívom. potenciál vzhľadom na katódu pištole. Elektrónový lúč je nasmerovaný do elektrónového zrkadla a odrážaný poľom v bezprostrednej blízkosti povrchu objektu. Zrkadlo vytvára obraz na obrazovke „v odrazených lúčoch“: mikropolia v blízkosti povrchu objektu prerozdeľujú elektróny odrazených lúčov, čím vytvárajú kontrast v obraze a vizualizujú tieto mikropolia.
Perspektívy rozvoja E. m... Zdokonaľovanie elektronických meraní s cieľom zvyšovania objemu prijímaných informácií, ktoré sa vykonáva už mnoho rokov, bude pokračovať aj v budúcnosti a zlepšovanie parametrov prístrojov a predovšetkým zvýšenie rozlíšenia. moc, zostane hlavnou úlohou. Práca na vytvorení elektronickej optiky. systémy s malými aberáciami zatiaľ neviedli k skutočnému zvýšeniu rozlíšenia EM.To platí pre neosové systémy na korekciu aberácií, kryogénnu optiku a šošovky s korekčnými priestormi. v axiálnej oblasti a pod. Prebiehajú pátrania a výskumy v naznačených smeroch. Pokračujú prieskumné práce na vytvorení elektronickej holografie. systémy, vrátane systémov s korekciou frekvenčno-kontrastných charakteristík šošoviek. Miniaturizácia elektrostatická šošovky a systémy využívajúce pokroky v mikro- a nanotechnológii tiež prispejú k riešeniu problému vytvárania elektronickej optiky s nízkymi aberáciami.
Svieti .: Praktická rastrovacia elektrónová mikroskopia, vyd. D. Gouldstein, H. Jacobits, prel. z angličtiny, M., 1978; Spence, D., Experimentálna elektrónová mikroskopia s vysokým rozlíšením, trans. z angličtiny, M., 1986; Stoyanov PA, Elektronický mikroskop SVEM-1, "Izvestija AN SSSR, ser. Fiz.", 1988, zväzok 52, č. 7, s. 1429; Hawks P., Kasper E., Základy elektronickej optiky, prekl. z angličtiny, t. 1-2, M., 1993; Oechsner H., Scanning Auger microscopy, Le Vide, les Couches Minces, 1994, t. 50, číslo 271, s. 141; McMul-lan D., Scanning Electron microscopy 1928-1965, "Scanning", 1995, t. 17, č.3, s. 175. P. A. Stojanov.
Začíname vydávať blog podnikateľa, špecialistu v danej oblasti informačných technológií a amatérskeho dizajnéra Alexeja Bragina na čiastočný úväzok, ktorý vypovedá o nevšednom zážitku – už rok je autor blogu zaneprázdnený reštaurovaním sofistikovaného vedeckého zariadenia – rastrovacieho elektrónového mikroskopu – prakticky doma. Prečítajte si o inžinierskych, technických a vedeckých výzvach, ktorým musel Alexey čeliť, a o tom, ako sa s nimi vyrovnal.
Raz mi zavolal kamarát a povedal: našiel som zaujímavá vec, treba vám doniesť, váži však pol tony. Takto som dostal do garáže stĺpik zo skenovacieho elektrónového mikroskopu JEOL JSM-50A. Už dávno bola odpísaná z nejakého výskumného ústavu a vyvezená do starého železa. Prišli o elektroniku, no podarilo sa im zachrániť elektrónovo-optický stĺp spolu s vákuovou časťou.
Keďže hlavná časť zariadenia sa zachovala, vyvstala otázka: je možné celý mikroskop zachrániť, teda obnoviť a uviesť do prevádzkyschopného stavu? A to priamo v garáži, vlastnými rukami, len za pomoci základných inžinierskych a technických znalostí a improvizovaných prostriedkov? Je pravda, že predtým som sa nikdy nezaoberal takým vedeckým vybavením, nehovoriac o tom, ako ho používať, a netušil som, ako funguje. Ale je to zaujímavé, koniec koncov nejde len o to spustiť starý hardvér do funkčného stavu – je zaujímavé prísť na to všetko svojpomocne a skontrolovať, či je to možné pomocou vedecká metóda, zvládnuť úplne nové oblasti. Tak som začal v garáži reštaurovať elektrónový mikroskop.
V tomto blogu vám poviem, čo som už urobil a čo ešte musím urobiť. Popri tom vám predstavím princípy fungovania elektrónových mikroskopov a ich hlavných komponentov a porozprávam aj o mnohých technických prekážkach, ktoré som musel pri práci prekonať. Tak poďme na to.
Na obnovenie mikroskopu, ktorý sa ukázal byť v mojom vlastníctve, aspoň do stavu „kreslenia elektrónovým lúčom na luminiscenčnom plátne“ bolo potrebné:
Začnime pekne po poriadku. Dnes budem hovoriť o tom, ako fungujú elektrónové mikroskopy. Sú dvoch typov:
Transmisný elektrónový mikroskop
TEM je veľmi podobný bežnému optickému mikroskopu, až na to, že skúmaná vzorka nie je ožarovaná svetlom (fotónmi), ale elektrónmi. Vlnová dĺžka elektrónového lúča je oveľa kratšia ako vlnová dĺžka fotónového lúča, takže možno dosiahnuť oveľa vyššie rozlíšenie.
Elektrónový lúč je zaostrený a riadený pomocou elektromagnetických alebo elektrostatických šošoviek. Majú dokonca rovnaké skreslenia (chromatické aberácie) ako optické šošovky, hoci povaha fyzickej interakcie je tu úplne odlišná. Mimochodom, pridáva aj nové skreslenia (spôsobené krútením elektrónov v šošovke pozdĺž osi elektrónového lúča, čo sa pri fotónoch v optickom mikroskope nestáva).
TEM má nevýhody: skúmané vzorky musia byť veľmi tenké, tenšie ako 1 mikrón, čo nie je vždy vhodné, najmä pri práci doma. Napríklad, aby ste videli svoje vlasy vo svetle, musíte ich ostrihať pozdĺžne aspoň na 50 vrstiev. Je to spôsobené tým, že schopnosť prieniku elektrónového lúča je oveľa horšia ako fotónového. Okrem toho sú TEM, až na zriedkavé výnimky, dosť ťažkopádne. Toto zariadenie na obrázku nižšie sa nezdá byť až také veľké (hoci je vyššie ako človek a má pevnú liatinovú posteľ), ale je dodávané aj so zdrojom o veľkosti veľkej skrine - celkovo je potrebná takmer celá miestnosť.
Ale TEM má najvyššie rozlíšenie. S jeho pomocou (ak sa veľmi snažíte) môžete vidieť jednotlivé atómy látky.
Univerzita v Calgary
Toto rozlíšenie je užitočné najmä na identifikáciu pôvodcu vírusového ochorenia. Všetky vírusové analýzy dvadsiateho storočia boli postavené na základe TEM a až s príchodom lacnejších metód diagnostiky populárnych vírusov (napríklad polymeráza reťazová reakcia, alebo PCR), sa rutinné používanie TEM na tento účel prestalo používať.
Napríklad chrípka H1N1 vyzerá „vo svetle“:
Univerzita v Calgary
Rastrovací elektrónový mikroskop
SEM sa používa hlavne na štúdium povrchu vzoriek s veľmi vysokým rozlíšením (miliónnásobné zväčšenie oproti 2 000 pre optické mikroskopy). A toto je už v domácnosti oveľa užitočnejšie :)
Takto napríklad vyzerajú jednotlivé štetinky novej zubnej kefky:
To isté by sa malo diať aj v elektrónovo-optickom stĺpci mikroskopu, len tu sa ožaruje vzorka a nie luminofor tienidla a obraz vzniká na základe informácií zo senzorov, ktoré fixujú sekundárne elektróny, elasticky odrazené elektróny, a tak ďalej. Toto je typ elektrónového mikroskopu, o ktorom bude reč v tomto blogu.
Televízna trubica aj elektrónovo-optický stĺpec mikroskopu fungujú iba vo vákuu. Ale o tom podrobne porozprávam v budúcom čísle.
(Pokračovanie nabudúce)
Študovať nanoobjekty s rozlíšením optických mikroskopov ( aj pomocou ultrafialového žiarenia) zjavne nestačí. V tomto smere sa v 30. rokoch 20. storočia. vznikla myšlienka použiť namiesto svetla elektróny, ktorých vlnová dĺžka, ako vieme z kvantovej fyziky, je stokrát kratšia ako u fotónov.
Ako viete, naša vízia je založená na vytváraní obrazu objektu na sietnici oka svetelnými vlnami odrazenými od tohto objektu. Ak pred vstupom do oka svetlo prechádza optickým systémom mikroskop, vidíme zväčšený obrázok. Priebeh svetelných lúčov je v tomto prípade šikovne riadený šošovkami, ktoré tvoria objektív a okulár prístroja.
Ale ako môžete získať obraz objektu a s oveľa vyšším rozlíšením pomocou nie svetelného žiarenia, ale prúdu elektrónov? Inými slovami, ako je možné vidieť predmety na základe použitia častíc, nie vĺn?
Odpoveď je veľmi jednoduchá. Je známe, že dráhu a rýchlosť elektrónov výrazne ovplyvňujú vonkajšie elektromagnetické polia, pomocou ktorých je možné efektívne riadiť pohyb elektrónov.
Veda o pohybe elektrónov v elektromagnetických poliach a výpočte zariadení, ktoré tvoria požadované polia, je tzv elektronická optika.
Elektronický obraz je tvorený elektrickými a magnetickými poľami v podstate rovnakým spôsobom ako svetelný obraz vytváraný optickými šošovkami. Preto sa v elektrónovom mikroskope zariadenia na zaostrovanie a rozptyl elektrónového lúča nazývajú „ elektronické šošovky”.
Elektronická šošovka. Závity drôtov cievky, cez ktoré preteká prúd, zaostrujú elektrónový lúč rovnakým spôsobom, ako sklenená šošovka zaostruje svetelný lúč.
Magnetické pole cievky pôsobí ako zbiehajúca sa alebo difúzna šošovka. Na sústredenie magnetického poľa je cievka uzavretá magnetickým " brnenie»Vyrobené zo špeciálnej zliatiny niklu a kobaltu, pričom v interiéri zostáva len úzka medzera. Takto vytvorené magnetické pole môže byť 10-100 tisíc krát silnejšie ako magnetické pole Zeme!
Bohužiaľ, naše oči nedokážu priamo vnímať elektrónové lúče. Preto sa používajú na „ kreslenie"Obrazy na fluorescenčných obrazovkách (ktoré svietia, keď zasiahnu elektróny). Mimochodom, rovnaký princíp je základom fungovania monitorov a oscilografov.
existuje veľké množstvo rôzne typy elektrónových mikroskopov, medzi ktorými je najpopulárnejší rastrovací elektrónový mikroskop (SEM). Jeho zjednodušenú schému získame, ak skúmaný objekt umiestnime do katódovej trubice bežného televízora medzi obrazovku a zdroj elektrónov.
V takej mikroskop tenký lúč elektrónov (priemer lúča asi 10 nm) obieha (akoby skenuje) vzorku pozdĺž horizontálnych čiar, bod po bode, a synchrónne prenáša signál do kineskopu. Celý proces je podobný prevádzke televízora počas procesu zametania. Zdrojom elektrónov je kov (zvyčajne volfrám), z ktorého sa pri zahrievaní vyžarujú elektróny v dôsledku termionickej emisie.
Schéma činnosti rastrovacieho elektrónového mikroskopu
Termionická emisia- výstup elektrónov z povrchu vodičov. Počet emitovaných elektrónov je pri T = 300 K malý a exponenciálne rastie so zvyšujúcou sa teplotou.
Pri prechode elektrónov cez vzorku sa niektoré z nich rozptýlia v dôsledku zrážok s jadrami atómov vzorky, iné v dôsledku zrážok s elektrónmi atómov a ďalšie ňou prechádzajú. V niektorých prípadoch dochádza k emisii sekundárnych elektrónov, indukcii röntgenového žiarenia atď. Všetky tieto procesy sú registrované špeciál detektory a v transformovanej podobe sa zobrazia na obrazovke, čím sa vytvorí zväčšený obraz skúmaného objektu.
Zväčšenie sa v tomto prípade chápe ako pomer veľkosti obrazu na obrazovke k veľkosti plochy pokrytej lúčom na vzorke. Vzhľadom na to, že vlnová dĺžka elektrónu je rádovo kratšia ako vlnová dĺžka fotónu, v modernom SEM môže toto zvýšenie dosiahnuť 10 miliónov15, čo zodpovedá rozlíšeniu niekoľkých nanometrov, čo umožňuje vizualizáciu jednotlivých atómov.
Hlavná nevýhoda elektrónová mikroskopia- nutnosť pracovať v úplnom vákuu, pretože prítomnosť akéhokoľvek plynu vo vnútri komory mikroskopu môže viesť k ionizácii jeho atómov a výrazne skresliť výsledky. Okrem toho majú elektróny deštruktívny účinok na biologické objekty, čo ich robí nepoužiteľnými pre výskum v mnohých oblastiach biotechnológie.
História stvorenia elektrónový mikroskop- nádherný príklad úspechu založeného na interdisciplinárnom prístupe, keď nezávisle sa rozvíjajúce oblasti vedy a techniky, zjednotené, vytvorili silný nový nástroj vedecký výskum.
Vrcholom klasickej fyziky bola teória elektromagnetického poľa, ktorý vysvetľoval šírenie svetla, elektriny a magnetizmu ako šírenie elektromagnetických vĺn. Vlnová optika vysvetlila fenomén difrakcie, mechanizmus zobrazovania a hru faktorov, ktoré určujú rozlíšenie vo svetelnom mikroskope. Úspech kvantová fyzika vďačíme za objav elektrónu s jeho špecifickými korpuskulárnymi vlnovými vlastnosťami. Tieto samostatné a zdanlivo nezávislé cesty vývoja viedli k vytvoreniu elektronickej optiky, ktorej jedným z najvýznamnejších vynálezov bol v 30. rokoch 20. storočia elektrónový mikroskop.
Vedci však nepoľavili ani v tomto. Vlnová dĺžka elektrónu zrýchleného elektrickým poľom je niekoľko nanometrov. To je dobré, ak chceme vidieť molekulu alebo dokonca atómovú mriežku. Ale ako sa pozrieť do vnútra atómu? Aká je chemická väzba? Ako vyzerá proces jednej chemickej reakcie? K tomu dnes v rozdielne krajiny vedci vyvíjajú neutrónové mikroskopy.
Neutróny sú zvyčajne zahrnuté v atómových jadrách spolu s protónmi a majú takmer 2000-násobok hmotnosti elektrónu. Tí, ktorí nezabudli na de Broglieho vzorec z kvantovej kapitoly, si okamžite uvedomia, že vlnová dĺžka neutrónu je oveľa menšia, to znamená, že ide o pikometre v tisícinách nanometra! Potom sa atóm javí výskumníkom nie ako nejasná škvrna, ale v celej svojej kráse.
Neutrón mikroskop má mnoho výhod - najmä neutróny dobre odrážajú atómy vodíka a ľahko prenikajú cez hrubé vrstvy vzoriek. Je však veľmi ťažké ho postaviť: neutróny nemajú elektrický náboj, preto pokojne ignorujú magnetické a elektrické polia a snažia sa uniknúť senzorom. Navyše nie je ľahké vyhnať veľké, mohutné neutróny z atómov. Preto sú dnes prvé prototypy neutrónového mikroskopu stále veľmi vzdialené od dokonalosti.
ELEKTRONOVÝ MIKROSKOP
zariadenie, ktoré umožňuje získať vysoko zväčšený obraz predmetov pomocou elektrónov na ich osvetlenie. Elektrónový mikroskop (EM) umožňuje vidieť detaily, ktoré sú príliš malé na to, aby ich rozlíšil svetelný (optický) mikroskop. EM je jedným z najdôležitejších nástrojov pre základný vedecký výskum štruktúry hmoty, najmä v takých oblastiach vedy, ako je biológia a fyzika pevných látok. Existujú tri hlavné typy EV. V 30. rokoch 20. storočia bol vynájdený konvenčný transmisný elektrónový mikroskop (OPEM), v 50. rokoch 20. storočia rastrovací (skenovací) elektrónový mikroskop (SEM) a v 80. rokoch 20. storočia rastrovací tunelový mikroskop (RTM). Tieto tri typy mikroskopov sa navzájom dopĺňajú pri štúdiu štruktúr a materiálov rôznych typov.
KONVENČNÝ PRENOSOVÝ ELEKTRONICKÝ MIKROSKOP
OPEM je v mnohom podobný svetelnému mikroskopu, pozri MIKROSKOP, ale len na osvetlenie vzoriek nepoužíva svetlo, ale zväzok elektrónov. Obsahuje elektrónový reflektor (pozri nižšie), sériu kondenzorových šošoviek, šošovku objektívu a projekčný systém, ktorý zodpovedá okuláru, ale premieta skutočný obraz na fluorescenčnú obrazovku alebo fotografickú platňu. Zdrojom elektrónov je zvyčajne vyhrievaná katóda volfrámu alebo hexaboridu lantánu. Katóda je elektricky izolovaná od zvyšku zariadenia a elektróny sú urýchľované silným elektrickým poľom. Na vytvorenie takéhoto poľa sa katóda udržiava na potenciáli asi -100 000 V vzhľadom na ostatné elektródy zaostrujúce elektróny do úzkeho lúča. Táto časť zariadenia sa nazýva elektronický reflektor (pozri ELEKTRONICKÚ ZBRAŇ). Keďže elektróny sú hmotou veľmi rozptýlené, v stĺpci mikroskopu, kde sa elektróny pohybujú, musí byť vákuum. Udržiava tlak nepresahujúci jednu miliardtinu atmosférického tlaku.
Elektronická optika. Elektronický obraz je tvorený elektrickými a magnetickými poľami v podstate rovnakým spôsobom ako svetelný obraz vytváraný optickými šošovkami. Princíp činnosti magnetickej šošovky znázorňuje schéma (obr. 1). Magnetické pole vytvorené závitmi cievky, cez ktoré preteká prúd, pôsobí ako zberná šošovka, ktorej ohniskovú vzdialenosť možno meniť zmenou prúdu. Keďže optická mohutnosť takejto šošovky, t.j. schopnosť fokusovať elektróny závisí od intenzity magnetického poľa v blízkosti osi, na jej zvýšenie je žiaduce sústrediť magnetické pole na čo najmenšom objeme. V praxi sa to dosahuje tak, že cievka je takmer celá pokrytá magnetickým „pancierom“ zo špeciálnej zliatiny niklu a kobaltu, pričom v jej vnútornej časti zostáva len úzka medzera. Takto vytvorené magnetické pole môže byť 10-100 tisíc krát silnejšie ako zemské magnetické pole na zemskom povrchu.
Diagram OPEM je znázornený na obr. 2. Rad kondenzorových šošoviek (zobrazená je len posledná) zaostruje elektrónový lúč na vzorku. Zvyčajne prvý vytvára nezväčšený obraz zdroja elektrónov, zatiaľ čo druhý riadi veľkosť osvetlenej plochy na vzorke. Clona poslednej kondenzorovej šošovky určuje šírku lúča v rovine objektu. Vzorka je umiestnená v magnetickom poli šošovky objektívu s vysokou optickou mohutnosťou - najdôležitejšej šošovky OPEM, ktorá určuje maximálne možné rozlíšenie prístroja. Aberácie šošovky objektívu sú obmedzené jej clonou rovnakým spôsobom ako vo fotoaparáte alebo svetelnom mikroskope. Objektív poskytuje zväčšený obraz objektu (zvyčajne so zväčšením asi 100); dodatočné zväčšenie zavedené strednými a projekčnými šošovkami sa pohybuje od o niečo menej ako 10 do o niečo viac ako 1 000. Zväčšenie, ktoré možno dosiahnuť v moderných OPEM, je teda od menej ako 1 000 do ELEKTRONICKÉHO MIKROSKOPU 1 000 000. (Pri zväčšení milión krát grapefruit narastie do veľkosti Zeme.) Skúmaný predmet býva umiestnený na veľmi jemnom pletive, vloženom do špeciálneho držiaka. Držiak môže byť mechanický resp elektricky pohybovať sa plynulo hore a dole a doľava a doprava.
Obrázok. Kontrast v OPEM je spôsobený rozptylom elektrónov, keď elektrónový lúč prechádza vzorkou. Ak je vzorka dostatočne tenká, potom je podiel rozptýlených elektrónov malý. Keď elektróny prechádzajú vzorkou, niektoré z nich sú rozptýlené v dôsledku zrážok s jadrami atómov vzorky, iné v dôsledku zrážok s elektrónmi atómov a ďalšie prechádzajú bez rozptylu. Stupeň rozptylu v ktorejkoľvek oblasti vzorky závisí od hrúbky vzorky v tejto oblasti, jej hustoty a priemernej atómovej hmotnosti (počet protónov) v danom bode. Elektróny opúšťajúce clonu s uhlovou odchýlkou presahujúcou určitú hranicu sa už nemôžu vrátiť do lúča nesúceho obraz, a preto silne rozptyľujú oblasti so zvýšenou hustotou, zväčšenou hrúbkou, miesta ťažkých atómov sa na obraze javia ako tmavé zóny na svetlé pozadie... Takýto obraz sa nazýva svetlé pole, pretože okolité pole je svetlejšie ako objekt v ňom. Je však možné dosiahnuť, aby elektrický vychyľovací systém prepustil len jeden alebo druhý z rozptýlených elektrónov do membrány šošovky. Potom vzorka vyzerá svetlo tmavé pole... Objekt so slabým rozptylom je často vhodnejší na zobrazenie v režime tmavého poľa. Konečný zväčšený elektronický obraz je prevedený na viditeľný pomocou luminiscenčnej obrazovky, ktorá žiari pod vplyvom bombardovania elektrónmi. Tento obraz, zvyčajne s nízkym kontrastom, sa zvyčajne pozerá cez binokulárny svetelný mikroskop. Pri rovnakej svetelnosti dokáže takýto mikroskop so zväčšením 10 vytvoriť na sietnici obraz, ktorý je 10-krát väčší ako pri pozorovaní voľným okom. Niekedy sa na zvýšenie jasu slabého obrazu používa fosforová obrazovka s elektro-optickým prevodníkom. V tomto prípade môže byť výsledný obraz zobrazený na bežnej televíznej obrazovke, čo umožňuje jeho záznam na videokazetu. Videozáznam sa používa na zaznamenávanie obrázkov, ktoré sa časom menia, napríklad v dôsledku chemickej reakcie. Najčastejšie sa výsledný obraz zaznamenáva na fotografický film alebo fotografickú platňu. Fotografická platňa zvyčajne umožňuje získať ostrejší obraz, než aký je pozorovaný voľným okom alebo zaznamenaný na videokazetu, pretože fotografické materiály vo všeobecnosti registrujú elektróny efektívnejšie. Okrem toho možno na jednotku plochy fotografického filmu zaznamenať 100-krát viac signálov ako na jednotku plochy videopásky. Vďaka tomu je možné obraz zaznamenaný na fotografickom filme ďalej zväčšiť asi 10-krát bez straty jasnosti.
Povolenie. Elektrónové lúče majú podobné vlastnosti ako svetelné lúče. Najmä každý elektrón má špecifickú vlnovú dĺžku. Rozlíšenie EM je určené efektívnou vlnovou dĺžkou elektrónov. Vlnová dĺžka závisí od rýchlosti elektrónov, a teda od urýchľovacieho napätia; čím vyššie je urýchľovacie napätie, tým vyššia je rýchlosť elektrónov a tým kratšia vlnová dĺžka, čo znamená vyššie rozlíšenie. Takáto významná výhoda EM v rozlíšení je spôsobená skutočnosťou, že vlnová dĺžka elektrónov je oveľa kratšia ako vlnová dĺžka svetla. Ale keďže elektronické šošovky nezaostrujú tak dobre ako optické šošovky (numerická apertúra dobrej elektronickej šošovky je len 0,09, zatiaľ čo pre dobrú optickú šošovku táto hodnota dosahuje 0,95), EM rozlíšenie je 50-100 elektrónových vlnových dĺžok. Aj pri takto slabých šošovkách v elektrónovom mikroskope je limit rozlíšenia cca. 0,17 nm, čo umožňuje rozlíšiť jednotlivé atómy v kryštáloch. Na dosiahnutie rozlíšenia tohto rádu je potrebné veľmi starostlivé ladenie nástroja; sú potrebné najmä vysoko stabilné napájacie zdroje a samotné zariadenie (ktoré môže byť vysoké cca 2,5 m a vážiť niekoľko ton) a jeho doplnkové vybavenie vyžadujú inštaláciu bez vibrácií.
RASTROVÝ ELEKTRONICKÝ MIKROSKOP
SEM, ktorý sa stal základným nástrojom pre vedecký výskum, slúži ako dobrý doplnok k OPEM. SEM používa elektronické šošovky na zaostrenie elektrónového lúča do veľmi malého bodu. SEM môžete nastaviť tak, aby priemer bodu v ňom nepresahoval 0,2 nm, ale spravidla sú to jednotky alebo desiatky nanometrov. Tento bod nepretržite prechádza určitou oblasťou vzorky, podobne ako lúč prechádzajúci cez obrazovku televíznej trubice. Elektrický signál ktorý vzniká, keď je objekt bombardovaný elektrónovým lúčom, sa používa na vytvorenie obrazu na obrazovke televíznej obrazovky alebo katódovej trubice (CRT), ktorej pohyb je synchronizovaný so systémom vychyľovania elektrónového lúča (obr. 3 ). Zväčšenie sa v tomto prípade chápe ako pomer veľkosti obrazu na obrazovke k veľkosti plochy pokrytej lúčom na vzorke. Toto zvýšenie je od 10 do 10 miliónov.
Interakcia elektrónov fokusovaného lúča s atómami vzorky môže viesť nielen k ich rozptylu, čo sa využíva na získanie obrazu v OPEM, ale aj k excitácii röntgenového žiarenia, emisii viditeľného svetla, resp. emisie sekundárnych elektrónov. Navyše, keďže SEM má len zaostrovacie šošovky pred vzorkou, umožňuje študovať „hrubé“ vzorky.
Reflexné SEM. Reflexný SEM je určený na štúdium objemových vzoriek. Keďže kontrast vznikajúci registráciou odrazených, t.j. spätne rozptýlené, a sekundárne elektróny, súvisí najmä s uhlom dopadu elektrónov na vzorku, na obrázku je odhalená povrchová štruktúra. (Intenzita spätného rozptylu a hĺbka, v ktorej k nemu dochádza, závisí od energie elektrónov dopadajúceho lúča. Emisia sekundárnych elektrónov je daná najmä zložením povrchu a vodivosťou vzorky.) Oba tieto signály poskytujú informácie o všeobecnom charakteristiky vzorky. Vzhľadom na nízku konvergenciu elektrónového lúča je možné vykonávať pozorovania s veľkým množstvom väčšia hĺbka ostrenie ako pri práci so svetelným mikroskopom a získate vynikajúce objemové mikrofotografie povrchov s vysoko vyvinutým reliéfom. Registráciou röntgenového žiarenia emitovaného vzorkou je možné okrem údajov o reliéfe získať informácie o chemické zloženie vzorka v povrchovej vrstve s hĺbkou ELEKTRONICKÉHO MIKROSKOPU 0,001 mm. Zloženie materiálu na povrchu možno posúdiť aj podľa nameranej energie, s ktorou sú emitované určité elektróny. Všetky úskalia práce so SEM sú spôsobené najmä jeho registračnými a elektronickými vizualizačnými systémami. V zariadení s úplnou sadou detektorov je spolu so všetkými funkciami SEM poskytnutý prevádzkový režim mikroanalyzátora elektrónovej sondy.
Rastrovací transmisný elektrónový mikroskop. Rastrovací transmisný elektrónový mikroskop (RPEM) je špeciálnym typom SEM. Je určený pre tenké vzorky, rovnaké ako tie, ktoré sa študovali v OPEM. Obvod RPEM sa líši od obvodu na obr. 3 len tým, že nad vzorkou nie sú umiestnené žiadne detektory. Keďže obraz je tvorený putujúcim lúčom (a nie lúčom, ktorý osvetľuje celú plochu vzorky), je potrebný zdroj elektrónov s vysokou intenzitou, aby bolo možné obraz zaznamenať v primeranom čase. RPEM s vysokým rozlíšením využíva žiariče poľa s vysokým jasom. V takomto zdroji elektrónov sa generuje veľmi silné elektrické pole (približne V / cm) blízko povrchu leptaného volfrámového drôtu s veľmi malým priemerom. Toto pole doslova vytiahne miliardy elektrónov z drôtu bez akéhokoľvek zahrievania. Jas takéhoto zdroja je takmer 10 000-krát väčší ako jas vyhrievaného zdroja z volfrámového drôtu (pozri vyššie) a ním emitované elektróny môžu byť zaostrené do lúča s priemerom menším ako 1 nm. Boli získané rovnomerné lúče s priemerom blízkym 0,2 nm. Autoelektronické zdroje môžu pracovať iba v podmienkach ultravysokého vákua (pri tlakoch pod Pa), v ktorých nie sú úplne žiadne nečistoty, ako sú uhľovodíky a vodné pary, a je možné získať snímky s vysokým rozlíšením. Vďaka takýmto ultračistým podmienkam je možné študovať procesy a javy, ktoré sú pre EM neprístupné s konvenčnými vákuové systémy... Výskum v RPEM sa vykonáva na ultratenkých vzorkách. Elektróny prechádzajú takýmito vzorkami s malým alebo žiadnym rozptylom. Zaznamenajú sa elektróny rozptýlené v uhloch väčších ako niekoľko stupňov bez spomalenia, ktoré dopadajú na prstencovú elektródu umiestnenú pod vzorkou (obr. 3). Signál odoberaný z tejto elektródy silne závisí od atómového počtu atómov v oblasti, ktorou elektróny prechádzajú - ťažšie atómy rozptyľujú smerom k detektoru viac elektrónov ako ľahké. Ak je elektrónový lúč zaostrený na bod s priemerom menším ako 0,5 nm, možno získať obraz jednotlivých atómov. V skutočnosti je možné na obrázku získanom v RPEM rozlíšiť jednotlivé atómy s atómovou hmotnosťou železa (t.j. 26 a viac). Elektróny, ktoré neprešli rozptylom vo vzorke, ako aj elektróny, ktoré sa spomalili v dôsledku interakcie so vzorkou, prechádzajú do otvoru prstencového detektora. Analyzátor energie umiestnený pod týmto detektorom umožňuje oddelenie prvého od druhého. Meraním energie stratenej elektrónmi pri rozptyle možno získať dôležité informácie o vzorke. Straty energie spojené s excitáciou röntgenového žiarenia alebo vyradením sekundárnych elektrónov zo vzorky umožňujú usudzovať o chemické vlastnosti hmoty v oblasti, ktorou prechádza elektrónový lúč.
RASTROVÝ TUNELOVÝ MIKROSKOP
Vyššie diskutované EM používajú magnetické šošovky na zaostrenie elektrónov. Táto časť je venovaná EM bez šošoviek. Ale predtým, ako prejdeme k skenovaciemu tunelovému mikroskopu (RTM), bude užitočné krátko sa zastaviť pri dvoch starých typoch bezšošovkových mikroskopov, v ktorých sa vytvára premietaný tieňový obraz.
Auto-elektronické a auto-iónové projektory. Autoelektronický zdroj používaný v RPEM sa používa v tieňových projektoroch od začiatku 50. rokov minulého storočia. V poľnom projektore sú elektróny emitované poľnou emisiou z hrotu s veľmi malým priemerom urýchľované smerom k luminiscenčnej obrazovke umiestnenej niekoľko centimetrov od hrotu. Výsledkom je, že premietaný obraz povrchu hrotu a častíc na tomto povrchu sa objaví na obrazovke so zvýšením rovným pomeru polomeru sita k polomeru hrotu (asi). Vyššie rozlíšenie je dosiahnuté v poľnom iónovom projektore, v ktorom sa premietanie obrazu uskutočňuje pomocou iónov hélia (alebo niektorých iných prvkov), ktorých efektívna vlnová dĺžka je kratšia ako u elektrónov. To umožňuje získať obrázky zobrazujúce skutočné usporiadanie atómov v kryštálovej mriežke materiálu hrotu. Preto sa poľné iónové projektory používajú najmä na štúdium kryštálovej štruktúry a jej defektov v materiáloch, z ktorých je možné takéto hroty vyrobiť.
Rastrovací tunelový mikroskop (RTM). Tento mikroskop tiež používa kovový hrot s malým priemerom, ktorý je zdrojom elektrónov. V medzere medzi hrotom a povrchom vzorky sa vytvára elektrické pole. Počet elektrónov odtiahnutých poľom z hrotu za jednotku času (tunelovací prúd) závisí od vzdialenosti medzi hrotom a povrchom vzorky (v praxi je táto vzdialenosť menšia ako 1 nm). Keď sa hrot pohybuje po povrchu, prúd je modulovaný. To umožňuje získať obraz spojený s reliéfom povrchu vzorky. Ak hrot končí jedným atómom, môžete si vytvoriť obraz povrchu prechádzajúceho atóm po atóme. RTM môže pracovať len za podmienky, že vzdialenosť od hrotu k povrchu je konštantná a hrot sa dá pohybovať s presnosťou atómových rozmerov. Vibrácie sú potlačené vďaka tuhej konštrukcii a malým rozmerom mikroskopu (nie viac ako päsť), ako aj použitiu viacvrstvových gumených tlmičov. Vysoká presnosť je zabezpečená piezoelektrickými materiálmi, ktoré sa vplyvom vonkajšieho prostredia predlžujú a sťahujú elektrické pole... Pri použití napätia rádovo 10-5 V je možné zmeniť veľkosť takýchto materiálov o 0,1 nm alebo menej. To umožňuje upevnením hrotu na prvok z piezoelektrického materiálu s ním pohybovať v troch vzájomne kolmých smeroch s presnosťou rádovo atómových rozmerov.
TECHNIKA ELEKTRONICKEJ MIKROSKOPIE
Takmer neexistuje sektor výskumu v oblasti biológie a materiálovej vedy, kde by sa neuplatňovala transmisná elektrónová mikroskopia (TEM); je to kvôli úspechu techniky prípravy vzorky. Všetky techniky používané v elektrónovej mikroskopii sú zamerané na získanie extrémne tenkej vzorky a zabezpečenie maximálneho kontrastu medzi ňou a substrátom, ktorý potrebuje ako podklad. Základná technika je určená pre vzorky hrúbky 2-200 nm, podopreté tenkými plastovými alebo uhlíkovými filmami, ktoré sú umiestnené na mriežke s veľkosťou ôk cca. 0,05 mm. (Vhodná vzorka, bez ohľadu na to, ako bola získaná, sa spracuje tak, aby sa zvýšila intenzita rozptylu elektrónov na testovanom objekte.) Ak je kontrast dostatočne vysoký, potom oko pozorovateľa dokáže rozlíšiť detaily, ktoré sú na vzdialenosť 0,1-0,2 mm bez napätia. Preto, aby boli na obraze vytvorenom elektrónovým mikroskopom rozlíšiteľné detaily, oddelené na vzorke vzdialenosťou 1 nm, je potrebné celkové zväčšenie asi 100-200 tis.. Najlepšie mikroskopy dokážu vytvoriť obraz vzorky na fotografickej platni s takýmto zväčšením, no zároveň sa zobrazí príliš malá plocha. Mikrofotografia sa zvyčajne robí pri menšom zväčšení a potom sa fotograficky zväčšuje. Fotografická doska umožňuje dĺžku cca 10 cm. 10 000 riadkov. Ak každá čiara zodpovedá na vzorke určitej štruktúre s dĺžkou 0,5 nm, tak na registráciu takejto štruktúry je potrebný nárast aspoň o 20 000, pričom pomocou SEM a RPEM, v ktorých je obraz zaznamenaný tzv. elektronický systém a je nasadený na televíznej obrazovke, len OK. 1000 riadkov. Pri použití televízneho monitora je teda minimálne potrebné zväčšenie asi 10x väčšie ako pri fotografovaní.
Biologické prípravky. Elektrónová mikroskopia je široko používaná v biologickom a lekárskom výskume. Boli vyvinuté metódy fixácie, zapustenia a získavania rezov tenkého tkaniva pre výskum v OPEM a RPEM a metódy fixácie na štúdium objemových vzoriek v SEM. Tieto techniky umožňujú študovať organizáciu buniek na makromolekulárnej úrovni. Elektrónová mikroskopia odhalila zložky bunky a detaily štruktúry membrán, mitochondrií, endoplazmatického retikula, ribozómov a mnohých ďalších organel, ktoré bunku tvoria. Vzorka sa najskôr fixuje glutaraldehydom alebo inými fixačnými činidlami a potom sa dehydratuje a prikryje plastom. Metódy kryofixácie (fixácia pri veľmi nízkych - kryogénnych - teplotách) umožňujú zachovať štruktúru a zloženie bez použitia chemických fixačných prostriedkov. Okrem toho kryogénne metódy umožňujú získať snímky zmrazených biologických vzoriek bez dehydratácie. Pomocou ultramikrotómov s čepeľami z lešteného diamantu alebo štiepaného skla je možné rezať tkanivové rezy s hrúbkou 30-40 nm. Namontované histologické preparáty je možné farbiť zlúčeninami ťažkých kovov (olovo, osmium, zlato, volfrám, urán) pre zvýšenie kontrastu jednotlivých komponentov alebo štruktúr.
Biologický výskum sa rozšíril na mikroorganizmy, najmä vírusy, ktoré svetelné mikroskopy nerozlišujú. TEM umožnil odhaliť napríklad štruktúry bakteriofágov a umiestnenie podjednotiek v proteínových obaloch vírusov. Okrem toho metódy pozitívneho a negatívneho farbenia dokázali odhaliť štruktúru s podjednotkami v rade ďalších dôležitých biologických mikroštruktúr. Metódy na zvýšenie kontrastu nukleových kyselín umožnili pozorovať jedno- a dvojvláknovú DNA. Tieto dlhé lineárne molekuly sú rozložené do vrstvy základného proteínu a nanesené na tenký film. Potom sa vzorka vákuovo postrieka veľmi tenká vrstva Heavy metal. Táto vrstva ťažkého kovu „odpáli“ vzorku, vďaka čomu táto pri pozorovaní v OPEM alebo RPEM vyzerá, akoby bola osvetlená zo strany, z ktorej bol kov nanesený. Ak vzorku počas striekania otáčate, kov sa hromadí okolo častíc zo všetkých strán rovnomerne (ako snehová guľa).
Nebiologické materiály. TEM sa používa vo výskume materiálov na štúdium tenkých kryštálov a hraníc medzi nimi rôzne materiály... Na získanie obrazu rozhrania s vysokým rozlíšením sa vzorka vyplní plastom, vzorka sa odreže kolmo na okraj a potom sa stenčí tak, aby bol okraj viditeľný na zaostrenej hrane. Kryštálová mriežka silne rozptyľuje elektróny v určitých smeroch, čím vytvára difrakčný obrazec. Obraz kryštalickej vzorky je do značnej miery určený týmto obrázkom; kontrast silne závisí od orientácie, hrúbky a dokonalosti kryštálovej mriežky. Zmeny kontrastu v obraze umožňujú študovať kryštálovú mriežku a jej nedokonalosti na stupnici atómových rozmerov. Informácie získané v tomto prípade dopĺňajú informácie, ktoré poskytuje röntgenová analýza objemových vzoriek, pretože EM umožňuje priamo vidieť dislokácie, stohovacie chyby a hranice zŕn vo všetkých detailoch. Okrem toho možno v EM zaznamenať obrazce elektrónovej difrakcie a možno pozorovať difrakčné obrazce z vybraných oblastí vzorky. Ak sa clona šošovky nastaví tak, že cez ňu prechádza len jeden difraktovaný a nerozptýlený stredový lúč, potom je možné získať obraz určitého systému kryštálových rovín, ktorý dáva tento ohybový lúč. Moderné zariadenia umožňujú rozlíšenie mriežkových periód 0,1 nm. Kryštály je možné študovať aj metódou zobrazovania v tmavom poli, pri ktorej sa centrálny lúč prekrýva, takže obraz je tvorený jedným alebo viacerými difraktovanými lúčmi. Všetky tieto metódy poskytli dôležité informácie o štruktúre mnohých materiálov a výrazne objasnili fyziku kryštálov a ich vlastnosti. Napríklad analýza TEM obrazov kryštálovej mriežky tenkých malých kvázikryštálov v kombinácii s analýzou ich elektrónových difrakčných vzorov umožnila v roku 1985 objaviť materiály so symetriou piateho rádu.
Vysokonapäťová mikroskopia. V súčasnosti priemysel vyrába vysokonapäťové verzie OPEM a RPEM s urýchľovacím napätím od 300 do 400 kV. Takéto mikroskopy majú vyššiu penetračnú silu ako nízkonapäťové zariadenia a sú takmer na rovnakej úrovni ako 1 milión voltové mikroskopy, ktoré boli vyrobené v minulosti. Moderné vysokonapäťové mikroskopy sú pomerne kompaktné a môžu byť inštalované v bežnej laboratórnej miestnosti. Ich zvýšená penetračná schopnosť sa ukazuje ako veľmi cenná vlastnosť pri štúdiu defektov v hrubších kryštáloch, najmä tých, z ktorých nie je možné vyrobiť tenké vzorky. V biológii ich vysoká penetračná schopnosť umožňuje skúmať celé bunky bez ich rezania. Okrem toho je možné tieto mikroskopy použiť na získanie objemových snímok hrubých predmetov.
Nízkonapäťová mikroskopia. SEM sa vyrábajú aj s urýchľovacím napätím len niekoľko stoviek voltov. Aj pri takýchto nízkych napätiach je vlnová dĺžka elektrónov menšia ako 0,1 nm, takže priestorové rozlíšenie je tu tiež obmedzené aberáciami magnetických šošoviek. Keďže však elektróny s takouto nízkou energiou prenikajú plytko pod povrch vzorky, takmer všetky elektróny zapojené do zobrazovania pochádzajú z oblasti veľmi blízko povrchu, čo zlepšuje rozlíšenie povrchového reliéfu. Pomocou nízkonapäťových SEM sa získali obrázky na pevných povrchoch objektov s veľkosťou menšou ako 1 nm.
Radiačné poškodenie. Keďže elektróny sú ionizujúce žiarenie, vzorka v EM je mu neustále vystavená. (V dôsledku tejto expozície vznikajú sekundárne elektróny, ktoré sa využívajú v SEM.) Vzorky preto vždy podliehajú radiačnému poškodeniu. Typická dávka žiarenia absorbovaného tenkou vzorkou pri zázname mikrosnímky v OPEM približne zodpovedá energii, ktorá by postačovala na úplné odparenie studenej vody z jazierka hlbokého 4 m s plochou 1 ha. . Na zníženie radiačného poškodenia vzorky je potrebné použiť rôzne metódy jeho príprava: farbenie, nalievanie, mrazenie. Okrem toho je možné zaregistrovať obraz pri dávke elektrónov, ktorá je 100- až 1000-krát nižšia ako pri použití štandardnej techniky, a následne ho vylepšiť pomocou počítačových metód spracovania obrazu.
HISTORICKÁ ODKAZ
História vzniku elektrónového mikroskopu je nádherným príkladom toho, ako môžu nezávisle sa rozvíjajúce oblasti vedy a techniky výmenou získaných informácií a spojením úsilia vytvoriť nový výkonný nástroj pre vedecký výskum. Vrcholom klasickej fyziky bola teória elektromagnetického poľa, ktorá vysvetľovala šírenie svetla, vznik elektrických a magnetických polí, pohyb nabitých častíc v týchto poliach ako šírenie elektromagnetických vĺn. Vlnová optika objasnila fenomén difrakcie, mechanizmus zobrazovania a hru faktorov, ktoré určujú rozlíšenie vo svetelnom mikroskope. Za úspechy v oblasti teoretickej a experimentálnej fyziky vďačíme objavu elektrónu s jeho špecifickými vlastnosťami. Tieto samostatné a zdanlivo nezávislé cesty vývoja viedli k vytvoreniu základov elektronickej optiky, ktorej jednou z najdôležitejších aplikácií bol vynález EM v 30. rokoch 20. storočia. Za priamu narážku na takúto možnosť možno považovať hypotézu vlnovej povahy elektrónu, ktorú predložil v roku 1924 Louis de Broglie a experimentálne potvrdil v roku 1927 K. Davisson a L. Jermer v USA a J. Thomson v Anglicku. . Bola teda navrhnutá analógia, ktorá umožnila skonštruovať EM podľa zákonov vlnovej optiky. H. Bush objavil, že elektrické a magnetické polia možno použiť na vytváranie elektronických obrazov. V prvých dvoch desaťročiach 20. stor. boli vytvorené aj potrebné technické predpoklady. Priemyselné laboratóriá pracujúce na katódovom osciloskope dali vákuovú technológiu, stabilné zdroje vysokého napätia a prúdu, dobré elektrónové žiariče. V roku 1931 R. Rudenberg podal patentovú prihlášku na transmisný elektrónový mikroskop av roku 1932 M. Knoll a E. Ruska zostrojili prvý takýto mikroskop, využívajúci magnetické šošovky na zaostrovanie elektrónov. Toto zariadenie bolo predchodcom moderného OPEM. (Ruska bol za svoju prácu odmenený tým, že sa stal laureátom Nobelovej ceny za fyziku za rok 1986.) V roku 1938 Ruska a B. von Borris postavili prototyp priemyselného OPEM pre Siemens-Halske v Nemecku; toto zariadenie nakoniec umožnilo dosiahnuť rozlíšenie 100 nm. O niekoľko rokov neskôr A. Prebus a J. Hiller postavili prvý OPEM s vysokým rozlíšením na University of Toronto (Kanada). Široké možnosti OPEM sa ukázali takmer okamžite. Jeho priemyselnú výrobu spustili súčasne Siemens-Halske v Nemecku a RCA v USA. Koncom štyridsiatych rokov začali takéto zariadenia vyrábať aj iné spoločnosti. SEM vo svojej súčasnej podobe vynašiel v roku 1952 Charles Otley. Pravda, predbežné verzie takéhoto zariadenia zostrojili Knoll v Nemecku v tridsiatych rokoch minulého storočia a Zworykin a zamestnanci korporácie RCA v štyridsiatych rokoch, ale iba Otleyho zariadenie bolo schopné slúžiť ako základ pre množstvo technických vylepšení, ktoré vyvrcholili v r. zavedenie priemyselnej verzie SEM do výroby v polovici 60. rokov 20. storočia. Okruh spotrebiteľov takého pomerne ľahko použiteľného zariadenia s trojrozmerným obrazom a elektronickým výstupným signálom sa rozšíril s rýchlosťou výbuchu. V súčasnosti existuje tucet priemyselných výrobcov SEM na troch kontinentoch a desaťtisíce takýchto zariadení používaných v laboratóriách po celom svete. V šesťdesiatych rokoch minulého storočia boli vyvinuté ultravysokonapäťové mikroskopy na štúdium hrubších vzoriek. v tomto smere bol G. Dupuy vo Francúzsku, kde bolo v roku 1970 uvedené do prevádzky zariadenie s urýchľovacím napätím 3,5 milióna voltov. RTM vynašli G. Binnig a G. Rohrer v roku 1979 v Zürichu. Tento prístroj, veľmi jednoduchý v r. dizajn, poskytuje atómové rozlíšenie povrchov.za vytvorenie RTM Binnig a Rohrer (súčasne s Ruskom) dostali Nobelovu cenu za fyziku.
pozri tiež
technologická archeológia)
Niektoré elektrónové mikroskopy sa obnovujú, iné sú firmvérom kozmickej lode a iné sa zaoberajú reverzným inžinierstvom obvodov mikroobvodov pod mikroskopom. Mám podozrenie, že táto aktivita je strašne vzrušujúca.
A mimochodom, spomenul som si na úžasný príspevok o priemyselnej archeológii.
Spojler
Existujú dva druhy podnikovej pamäte: ľudia a dokumentácia. Ľudia si pamätajú, ako veci fungujú a vedia prečo. Niekedy si tieto informácie niekam zapíšu a niekde si vedú záznamy. Toto sa nazýva „dokumentácia“. Firemná amnézia funguje rovnakým spôsobom: ľudia odchádzajú a záznamy miznú, hnijú alebo sú jednoducho zabudnuté.
Niekoľko desaťročí som pracoval pre veľkú petrochemickú spoločnosť. Začiatkom osemdesiatych rokov sme navrhli a postavili závod, ktorý premieňa niektoré uhľovodíky na iné uhľovodíky. Počas nasledujúcich 30 rokov sa spomienka spoločnosti na tento závod vytratila. Áno, závod stále beží a zarába pre firmu peniaze; údržba sa vykonáva a vysoko inteligentní špecialisti vedia, čo ťahať a kam kopať, aby zariadenie udržali v chode.
Spoločnosť však úplne zabudla, ako tento závod funguje.
Bolo to spôsobené niekoľkými faktormi:
Recesia v petrochemický priemysel v 80. a 90. rokoch 20. storočia sme prestali najímať nových ľudí. Koncom 90. rokov v našej skupine pracovali chalani do 35 alebo nad 55 rokov – až na pár výnimiek.
Pomaly sme prešli na počítačom podporovaný dizajn.
Kvôli firemným reorganizáciám sme museli fyzicky presťahovať celú kanceláriu z miesta na miesto.
Firemná fúzia o niekoľko rokov neskôr úplne rozpustila našu firmu na väčšiu, čo spôsobilo globálnu reštrukturalizáciu oddelení a zmenu personálu.
Priemyselná archeológia
Začiatkom roku 2000 sme s niekoľkými kolegami odišli do dôchodku.
Koncom roku 2000 si spoločnosť spomenula na továreň a myslela si, že by bolo pekné s ňou niečo urobiť. Povedzme zvýšiť produkciu. Môžete napríklad nájsť prekážku vo výrobnom procese a vylepšiť ho – technológia už 30 rokov nestála – a možno pridať ďalšiu dielňu.
A potom sa do tehlovej steny vtlačí spoločnosť z celého okolia. Ako bol tento závod postavený? Prečo to bolo postavené tak a nie inak? Ako presne to funguje? Na čo je potrebná kade A, prečo sú dielne B a C prepojené potrubím, prečo má potrubie práve priemer D a nie D?
Firemná amnézia v akcii. Obrovské stroje, ktoré postavili mimozemšťania s pomocou ich mimozemskej technológie, žuchajú, ako keby bežali, a rozdávajú kopy polymérov do hory. Spoločnosť má približnú predstavu o tom, ako tieto stroje udržiavať, ale netuší, aké úžasné kúzlo sa vo vnútri deje a nikto nemá ani najmenšiu predstavu o tom, ako boli vytvorené. Vo všeobecnosti si ľudia ani nie sú istí, čo presne majú hľadať, a nevedia, z ktorej strany by sa táto spleť mala rozmotať.
Hľadáme chlapov, ktorí pri výstavbe tohto závodu už vo firme pracovali. Teraz zastávajú vysoké funkcie a sedia v oddelených, klimatizovaných kanceláriách. Dostanú za úlohu nájsť dokumentáciu k spomínanému závodu. Toto už nie je firemná pamäť, je to skôr priemyselná archeológia. Nikto nevie, aká dokumentácia k tomuto závodu existuje, či vôbec existuje, a ak áno, v akej forme je uložená, v akých formátoch, čo obsahuje a kde sa fyzicky nachádza. Závod bol navrhnutý projektová skupina ktorá už neexistuje, vo firme, ktorá bola medzitým prevzatá, v kancelárii, ktorá bola zatvorená, metódami z predpočítačového veku, ktoré už neplatia.
Chlapi zaspomínajú na detstvo s obligátnym rojčením sa v blate, vyhrnú si rukávy drahých búnd a pustia sa do práce.