מיקרוסקופ אלקטרונים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (צולם ב-2005)

מיקרוסקופ אלקטרונים או מיקרוסקופ אלקטרוני (אנגלית: Electron Microscope) הוא מיקרוסקופ המסוגל להגדיל עצמים קטנים במיוחד בכושר הפרדה גבוה על ידי שימוש באלקטרונים, כתחליף למקור אור במיקרוסקופים רגילים. מיקרוסקופ אלקטרונים מסוגל להגדיל את העצם הנבחן עד לפי 10,000,000 מגודלו המקורי.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון נבנה על ידי הפיזיקאי הגרמני, ארנסט רוסקה. הוא ידע שלאלקטרונים יש פן של גלים, לכן הוא האמין שהוא יכול לנהוג בהם באופן דומה לגלי אור. השפעת שדות מגנטיים על תנועת אלקטרונים הייתה ידועה ורוסקה שיער כי ניתן להשתמש בהשפעה זו כדי למקד קרני אלקטרונים כפי שעדשה אופטית ממקדת אור. לאחר שוידא עקרונות אלו במחקר, הוא החל בתכנון מיקרוסקופ אלקטרונים. רוסקה הסיק שמיקרוסקופ אלקטרונים יהיה הרבה יותר יעיל ממיקרוסקופ אופטי רגיל ויאפשר הגדלה רחבה יותר משום שהרזולוציה גדלה באורכי גל קצרים וגלי אלקטרונים קצרים יותר מגלי האור הרגילים. בשנת 1933 רוסקה ושותפו, פיזיקאי גרמני נוסף בשם מקס נול, שרוסקה היה תלמידו, בנו את אב הטיפוס הראשון למיקרוסקופ האלקטרונים. אמנם המיקרוסקופ היה פרימיטיבי ולא ראוי לשימוש מעשי, אולם היה מסוגל להגדיל עצמים פי 400. רוסקה זכה בשנת 1986 בפרס נובל לפיזיקה, וכך נאמר בטקס: "על עבודתו הבסיסית באופטיקת אלקטרונים, ועל תכנון מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון".[דרוש מקור]

מיקרוסקופ האלקטרונים היעיל הראשון נבנה על ידי אלי פרנקלין ברטון ותלמידיו, ססיל הול, ג'יימס היליאר ואלברט פרבוס, באוניברסיטת טורונטו, קנדה בשנת 1938.

אף על פי שמיקרוסקופים אלקטרוניים במאה ה-21 מסוגלים להגדיל עצם פי 10 מיליון, הם עדיין מבוססים על אב הטיפוס ועל גילוי הקשר בין אורך גל לרזולוציה של רוסקה. מיקרוסקופ אלקטרונים הוא חלק אינטגרלי מהציוד הנדרש במעבדות רבות. חוקרים נעזרים בו על מנת לבחון חומרים ביולוגיים (כגון מיקרואורגניזמים ותאים), מגוון מולקולות גדולות, דגימות ביופסיה, מבנה חומרים מתכתיים, גבישיים, ננו-חומרים וכן לאיפיון פני-שטח של חומרים.

מיקרוסקופ אלקטרונים חודר[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – מיקרוסקופ אלקטרונים חודר
תאי סרטן השד מתוך שורת תאים במיקרוסקופ אלקטרונים חודר (2006)

מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (מינוח אנגלי וראשי תיבות: Transmission Electron Microscope, TEM) הוא הגרסה המקורית של מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון, מיקרוסקופ אלקטרונים חודר, מצריך אלומת אלקטרונים במתח גבוה הנפלטת באמצעות קתודה (תותח אלקטרונים) וממוקדת על ידי עדשות מגנטיות. אלומת האלקטרונים שהוחדרה חלקית דרך הדגימה המאוד דלילה (ולכן שקופה למחצה לאלקטרונים) נושאת מידע לגבי המבנה הפנימי של הדגימה. הסטייה המרחבית במידע זה (ה"תמונה") מוגדלת באמצעות סדרת עדשות מגנטיות עד שהיא נרשמת על ידי פגיעה במסך פלואורסצנטי, צלחת צילומית או חיישן אור כגון מצלמת CCD (ראשי תיבות של התקן צמוד מטענים, באנגלית: charge coupled device). את התמונה המזוהה על ידי ה-CCD ניתן להציג בזמן אמת על גבי מוניטור או מחשב.

רזולוצית התמונה המתקבלת באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר ברזולוציה גבוהה (High Resolution TEM, HRTEM) מוגבלת בגלל סטיות כדוריות וכרומטיות; אבל דור חדש של מתקני סטיות הצליח להתגבר על אותן סטיות כדוריות. תיקוני תוכנה של סטיות אלו אפשרו הפקת תמונות עם מספיק רזולוציה על מנת להציג אטומי פחמן ביהלום מופרדים ב- 0.89 אנגסטרום (89 פיקומטר) ואטומי צורן ב- 0.78 אנגסטרום, הגדלה של פי 50 מיליון. היכולת לקבוע מיקום אטומים בתוך חומרים הפכה את ה-HRTEM לכלי הכרחי במחקר ופיתוח ננוטכנולוגיות בתחומים רבים, כולל זירוז הטרוגני (Heterogeneous Catalysis) ופיתוח התקני הולכה למחצה לאלקטרוניקה ופוטוניקה.

מיקרוסקופ אלקטרונים חודר מספק תמונה דו-ממדית של העצם.

מיקרוסקופ אלקטרונים סורק[עריכת קוד מקור | עריכה]

תמונת sem של ליבת סיב פוטוני (מלוכלך), צולם במעבדת אלקטרואופטיקה של אוניברסיטת אריאל (2009)
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק במעבדת המכון הגיאולוגי לישראל (צולם ב-2010)

מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (Scanning Electron Microscope, SEM) בשונה מה-TEM, שבו נוצרת תמונה על ידי זיהוי אלקטרונים החודרים דרך הדגימה, במיקרוסקופ אלקטרונים הסורק הפקת התמונות נוצרת על ידי זיהוי אלקטרונים משניים הנפלטים מפני השטח עקב פגיעת אלומת האלקטרונים העיקרית שנורתה מתותח האלקטרונים ומורכזה על ידי העדשות. ב-SEM, אלומת האלקטרונים סורקת את כל הדגימה שורה אחר שורה (סריקת ראסטר), וגורמת לפליטת אלקטרונים משניים (Secondary electron), ואלקטרונים מוחזרים (Backscattered electrons) מפני הדגימה. האלקטרונים המשניים והמוחזרים שנפלטו מפני הדגימה נקלטים על ידי גלאי אלקטרונים המשניים הנמצאים בדרך כלל לצד הדגם; ואילו גלאי האלקטרונים המוחזרים נמצאים בדרך כלל מעל הדגם; ולעתים ניתנים אף להוצאה (משיכה) מתא הבדיקה. התמונה הסופית נבנית ממספר האלקטרונים שנפלטים מכל נקודה על הדגימה.

באופן כללי, רזולוצית המיקרוסקופ החודר גבוהה בהרבה משל אחיו הסורק, אך, מכיוון שהדמיית המיקרוסקופ הסורק נסמכת על עיבוד פני השטח במקום חדירה לתוכו הוא מסוגל להדמות נפח ויש לו עומק ראייה גדול יותר, משום כך הוא יכול לדמות תמונות שיהיו ייצוג טוב למבנה התלת-ממדי של העצם הנבחן.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]