النوع المعتاد من المجهر الذي قد تجده في غرفة الصف أو معمل العلوم هو المجهر الضوئي. يستخدم الميكروسكوب الضوئي الضوء لتكبير الصورة حتى 2000x (عادة أقل من ذلك بكثير) ودقة تبلغ حوالي 200 نانومتر. من ناحية أخرى ، يستخدم المجهر الإلكتروني حزمة من الإلكترونات بدلاً من الضوء لتشكيل الصورة. قد يكون تكبير المجهر الإلكتروني يصل إلى 10000،000x ، مع دقة 50 بيكومتر (0.05 نانومتر).
مزايا استخدام المجهر الإلكتروني عبر المجهر البصري هي تكبير أعلى وقوة حل. تشمل العيوب تكلفة وحجم المعدات ، ومتطلبات التدريب الخاص لإعداد العينات للفحص المجهري واستخدام المجهر ، والحاجة إلى عرض العينات في الفراغ (على الرغم من أنه يمكن استخدام بعض العينات المائية).
أسهل طريقة لفهم كيفية عمل المجهر الإلكتروني هي مقارنته بمجهر ضوئي عادي. في المجهر البصري ، تنظر من خلال العدسة والعدسة لترى صورة مكبرة للعينة. يتكون إعداد المجهر الضوئي من عينة وعدسات ومصدر ضوء وصورة يمكنك رؤيتها.
في المجهر الإلكتروني ، تحل حزمة من الإلكترونات محل شعاع الضوء. تحتاج العينة إلى تحضير خاص بحيث يمكن للإلكترونات التفاعل معها. يتم ضخ الهواء داخل حجرة العينة لتشكيل فراغ لأن الإلكترونات لا تنتقل بعيدًا في الغاز. بدلاً من العدسات ، تركز الملفات الكهرومغناطيسية شعاع الإلكترون. تعمل المغناطيسات الكهربائية على ثني شعاع الإلكترون بنفس الطريقة التي تثني بها العدسات الضوء. الصورة من انتاج
إلكترونات، لذلك يتم عرضه إما عن طريق التقاط صورة (ميكروغراف إلكترون) أو عن طريق عرض العينة من خلال شاشة.هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الميكروسكوب الإلكتروني ، والتي تختلف وفقًا لكيفية تكوين الصورة ، وكيفية تحضير العينة ، ودقة الصورة. وهي المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) والفحص المجهري الإلكتروني (SEM) والفحص المجهري النفقي (STM).
كانت المجاهر الإلكترونية الأولى التي تم اختراعها هي المجاهر الإلكترونية الناقلة. في TEM ، يتم إرسال شعاع إلكتروني عالي الجهد جزئيًا من خلال عينة رقيقة جدًا لتكوين صورة على لوحة فوتوغرافية أو مستشعر أو شاشة فلوري. الصورة التي تتكون هي ثنائي الأبعاد والأسود والأبيض ، نوعا ما مثل الأشعة السينية. ميزة هذه التقنية هي أنها قادرة على تكبير ودقة عالية جدًا (حول ترتيب حجم أفضل من SEM). العيب الرئيسي هو أنه يعمل بشكل أفضل مع عينات رقيقة جدًا.
في المسح المجهري الإلكتروني ، يتم مسح شعاع الإلكترونات عبر سطح عينة بنمط نقطي. تتكون الصورة بواسطة إلكترونات ثانوية تنبعث من السطح عندما تكون متحمسة بواسطة الشعاع الإلكتروني. يقوم الكاشف بتعيين إشارات الإلكترون ، مشكلاً صورة توضح عمق المجال بالإضافة إلى بنية السطح. في حين أن الدقة أقل من دقة TEM ، فإن SEM تقدم ميزتين كبيرتين. أولاً ، تشكل صورة ثلاثية الأبعاد للعينة. ثانيًا ، يمكن استخدامه في العينات الأكثر سمكًا ، حيث يتم مسح السطح فقط.
في كل من TEM و SEM ، من المهم أن تدرك أن الصورة ليست بالضرورة تمثيلًا دقيقًا للعينة. قد تواجه العينة تغيرات بسبب تحضيرها لـ مجهر، من التعرض للفراغ ، أو من التعرض لحزمة الإلكترون.
تظهر صور مجهر المسح النفقي (STM) على المستوى الذري. هذا هو النوع الوحيد من الميكروسكوب الإلكتروني الذي يمكنه تصوير الفرد ذرات. تبلغ دقتها حوالي 0.1 نانومتر ، بعمق حوالي 0.01 نانومتر. يمكن استخدام STM ليس فقط في الفراغ ، ولكن أيضًا في الهواء والماء والغازات والسوائل الأخرى. يمكن استخدامه على نطاق واسع لدرجة الحرارة ، من الصفر المطلق تقريبًا إلى أكثر من 1000 درجة مئوية.
يعتمد STM على نفق الكم. يتم إحضار طرف موصل كهربائي بالقرب من سطح العينة. عندما يتم تطبيق فرق الجهد ، يمكن للإلكترونات أن تنفق بين الطرف والعينة. يتم قياس التغيير في تيار الطرف عندما يتم مسحه عبر العينة لتشكيل صورة. على عكس الأنواع الأخرى من المجهر الإلكتروني ، فإن الأداة ميسورة التكلفة وسهلة الصنع. ومع ذلك ، تتطلب STM عينات نظيفة للغاية ويمكن أن يكون من الصعب تشغيلها.