กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM)

เพื่อตอบสนองความอยากรู้อยากเห็นนี้ มีการประดิษฐ์คิดค้นขึ้นมากมาย หนึ่งในนั้นคือกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล ตามนุษย์สามารถแยกแยะวัตถุได้ลึกประมาณ 0.2 มม. กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลเผยให้เห็นวัตถุขนาดเล็ก ซึ่งมิฉะนั้นจะไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ โดยการขยายวัตถุเหล่านั้นโดยใช้เลนส์แก้วผสมกัน ถ้าเราเพิ่มอัตราการขยาย (กำลังขยาย) ของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลให้สูงขึ้นเรื่อย ๆ เราจะเห็นอะตอมหรือไม่? น่าเสียดายที่คำตอบคือ “ไม่” กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงใช้แสงเป็นเครื่องส่องสว่าง ดังนั้นจึงมีความสามารถจำกัดในการแยกแยะโครงสร้างขนาดเล็ก (ความละเอียด) พวกเขาไม่สามารถแยกแยะโครงสร้างที่เล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงได้

วิศวกร เช่น Ruska ในเยอรมนี ทำลายขีดจำกัดนี้ พวกเขาคิดค้น "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน" ซึ่งใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเป็นแหล่งกำเนิดแสงแทนแสง ซึ่งช่วยให้เราสังเกตโครงสร้างขนาดเล็กด้วยกำลังขยายได้ดีกว่าการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล ขณะนี้สามารถแยกแยะการจัดเรียงอะตอมในวัสดุได้

ลักษณะของอิเล็กตรอนคือไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในอากาศ อย่างไรก็ตาม พวกมันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในสุญญากาศ ด้วยเหตุนี้จึงทำให้สูญญากาศยังคงอยู่ในคอลัมน์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน สิ่งที่ไม่จำเป็นสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล

ตัวอย่างถูกส่องสว่างด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่เร่งด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าปืนอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้เจาะทะลุตัวอย่างหรือทำให้เกิดการกระเจิง โดยการคัดเลือกและแยกอิเล็กตรอนเหล่านี้ด้วยเลนส์อิเล็กตรอน (สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเบี่ยงเบนลำแสงอิเล็กตรอนเพื่อสร้างภาพในลักษณะเดียวกับที่เลนส์แก้วเบี่ยงเบนแสงสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล) ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นจะเกิดบนพื้นผิวเรืองแสงซึ่ง อยู่ใต้คานและชิ้นงานทดสอบ

ลำอิเล็กตรอนคือการไหลของอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นในสุญญากาศโดยความร้อนหรือโดยการใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงกับเส้นใยละเอียด และมีลักษณะของ "คลื่น" ซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่มองเห็นได้ แทนที่จะเป็นแก้ว เลนส์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นการรวมกันของแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างขึ้นเพื่อสร้างเลนส์สนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมอีกประการของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนก็คือสามารถหารูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนได้

นี่เป็นข้อมูลสำคัญที่เผยให้เห็นธรรมชาติของวัสดุ (ตัวอย่าง) โดยเฉพาะการจัดเรียงของอะตอม สามารถรับข้อมูลที่คล้ายกันได้โดยใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์ แต่ไม่มีความสัมพันธ์กับภาพของพื้นที่ที่ฉายรังสี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนช่วยให้สามารถสังเกตภาพที่กำลังขยายสูงและการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนที่ระดับนาโนเมตรเพื่อดำเนินการในพื้นที่ฉายรังสีเดียวกัน

อิเล็กตรอนที่ใช้ในการส่องสว่างชิ้นงานที่บางมากจะกระจัดกระจายขณะเจาะทะลุ กระบวนการนี้ทำให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนและวิธีการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนสามารถเปิดเผยการจัดเรียงของโมเลกุลและอะตอมในตัวอย่างผลึก เทคนิคนี้มีบทบาทสำคัญในด้านวัสดุศาสตร์