Дифракция электронов. Электронный микроскоп
raquo;. Величина 10(-10 м очень малая, если её сравнивать с
размерами предметов в нашей комнате. Это также очень малая величина по
сравнению с размерами тех вещей, тех объектов, которые мы можем взять
руками, можем потрогать. Все эти предметы состоят из громадного числа
атомов и молекул. Величина же 10(-10 м сравнима с размерами отдельных
атомов и молекул. Таким образом, научившись видеть и общаться с такими
величинами, мы приобретаем возможность «работать» с отдельными атомами и
молекулами вещества или по крайней мере с объектами, в которых не очень
много атомов. Современные электронные микроскопы позволяют наблюдать и
изучать большие органические молекулы.
Итак, совершив «прорыв» в средствах наблюдения в область размеров
порядка 10(-9(10(-10 м, мы по сравнению с метром ( величиной, сравнимой с
длиной шага, совершаем скачок в миллиарды (10(9) раз. Обратим внимание, что
расстояние от Земли до окраинных объектов Солнечной системы (6e9 км,
которое свет(его скорость 300000 км/сек) проходит примерно за 6 ч, по
сравнению с линейными размерами города ((10 км), оказывается больше в 6e8
раз.
Но хорошо, что же можно узнать нового, проникнув в область сверх
малых размеров, открываемых электронной микроскопией? Не представляет ли
собой этот мир атомов и молекул нечто, в котором отсутствуют не только
краски и звуки, но и вообще какие-либо признаки разнообразия, жизни и
красоты? Оказывается не нужно даже обладать богатым воображением, чтобы
увидеть своеобразную красоту мира сверх малых объектов и увлечься ею.
Посмотрите на рис. 5, и вы в этом убедитесь.
Рис. 5. Кристалл K2PtCl4, выраженный на пленке из водного раствора.
На уровне размеров, разрешаемой современной электронной микроскопией,
разворачиваются события, играющие в конечном итоге исключительно важную
роль в жизни человека, природе и технике. Прежде всего биология. Живые
клетки представляют собой сложные структурные образования; в них протекают
сложнейшие, изученные лишь частично биохимические процессы. Ход этих
процессов определяет жизнедеятельность клеток, их взаимосвязь и в конечном
итоге жизнедеятельность организмов.
В этом мире нашему взору открываются ранее не известные нам
населяющие его «жители», их действия и привычки, взаимоотношения между
собой, их дружба и маленькие трагедии, которые в конечном итоге приводят к
событиям, играющим важнейшую роль в масштабах природы и человечества. Здесь
на молекулярном уровне хранится величайшая тайна ( тайна жизни, ее вечного
воспроизведения и совершенствования. Здесь же спрятаны такие факторы, как
причины болезней и смерти, либо прерывающие жизнь, либо делающие ее
трагической; вирусы многих грозных болезней «легких», таких, как грипп, и
страшных - таких, как чума; сложные молекулярные структуры ( молекулы ДНК,
РНК, хранящие вековечный код жизни, воспроизводящие и осуществляющие эту
жизнь, ( принадлежат к этому миру.
Многие свойства материалов, являющихся основой современной техники и
использующихся в повседневной жизни человека и общества в целом,
определяются свойствами микроструктур вещества, также относящихся к этому
миру.
Таким образом, мир, который открывают нам методы электронной
микроскопии, не только многообразен и по своему красочен, но и играет
чрезвычайно важную роль в жизни природы и человечества.
Виды электронных микроскопов.
Многообразие явлений, требующих изучения при помощи электронной
микроскопии, определяет разнообразие и специфику ее методов и
соответствующих устройств. Мы уже знакомы с принципом действия
просвечивающего электронного микроскопа. С его помощью можно исследовать
тонкие образцы, пропускающие падающий на них пучок электронов.
В ряде случаев и в первую очередь для исследования массивных объектов
применяются электронные микроскопы других типов.
Эмиссионный электронный микроскоп формирует изображение с помощью
электронов, испускаемых самим объектом. Такое испускание достигается путем
нагревания объекта (термоэлектронная эмиссия), освещения его
(фотоэлектронная эмиссия), бомбардировки электронами или ионами (вторичная
электронная эмиссия), а также помещением его в сильное электрическое поле
(автоэлектронная эмиссия). Увеличенное изображение формируется подобно
тому, как это делается в микроскопе просвечивающего типа. Образование
изображения в эмиссионном электронном микроскопе происходит в основном за
счет различного испускания электронов микроучастками объекта. При
эмиссионных исследованиях объектов разрешающая способность микроскопов
составляет (300А(.
Эмиссионная электронная микроскопия нашла широкое применение в
исследованиях и разработках катодов электровакуумных приборов различного, в
том числе радиолокационного применения, а также в физических исследованиях
металлов и полупроводников.
В отражательном электронном микроскопе изображение создается с
помощью электронов, отраженных (рассеянных) поверхностным слоем объекта.
Образование изображения в нем обусловлено различием рассеяния электронов в
разных точках объекта в зависимости от материала и микрорельефа. Обычно
образцы получаются под малым углом (приблизительно несколько градусов) к
поверхности. Практически на электронных микроскопах такого типа достигнуто
разрешение порядка 100 ангстрем.
Одна из особенностей отражательного электронного микроскопа —
различие увеличений в различных направления вдоль плоскости объекта связано
с наклонным положением объекта по отношению к оптической оси микроскопа.
Поэтому увеличение такого микроскопа характеризуют обычно двумя величинами:
увеличением в плоскости падения пучка электронов и увеличением в плоскости,
перпендикулярной плоскости падения.
Растровый электронный микроскоп основан на использовании
предварительно сформированного тонкого электронного луча (зонда),
положением которого управляют с помощью электромагнитных полей. Это
управление (сканирование) во многом аналогично процессу развертки в
телевизионных кинескопах. Электронный зонд последовательно проходит по
поверхности исследуемого образца. Под воздействием электронов пучка
происходит ряд процессов, характерных для данного материала и его
структуры. К их числу относятся рассеяние первичных электронов, испускание
(эмиссия) вторичных электронов, появление электронов, прошедших сквозь
объект (в случае тонких объектов), возникновение рентгеновского излучения.
В ряде специальных случаев (люминесцирующие материалы, полупроводники)
возникает также световое излучение. Регистрация электронов, выходящих из
объекта, а также других видов излучения (рентгеновского, светового) дает
информацию о различных свойствах микроучастков изучаемого объекта.
Соответственно этому системы индикации и другие элементы растровых
микроскопов различаются в зависимости от вида регистрируемого излучения.
Синхронно с разверткой электронного зонда осуществляется развертка
луча большого кинескопа. Рассмотрим работу растрового электронного
микроскопа в режиме индикации тока вторичных электронов. В этом случае
величина вторичного электронного тока определяет глубину модуляции яркости
на экране кинескопа. Растровый электронный микроскоп такого типа позволяет
получить увеличение 100 ( 100 000 при достаточной контрастности
изображения. Разрешающая способность растровых электронных микроскопов
определяется диаметром электронного зонда и в случае получения изображения
в электронных лучах составляет (300А(. Растровые электронные микроскопы
позволяют изучать, например, так называемые p-n переходы в полупроводниках.
Из электронных микроскопов упомянем зеркальный электронный микроскоп,
основной особенностью которого является чувствительность к микроскопическим
электрическим и магнитным полям на отражающем массивном объекте. При этом
достигается разрешение деталей порядка 1000А( и увеличение почти в 2000*.
Работа такого микроскопа основана на действии микроскопических
электрических и магнитных полей на электронный поток. Зеркальный
электронный микроскоп позволяет изучать, например, доменную структуру
ферромагнитных материалов, структуру сегнетоэлектриков.
В теневом электронном микроскопе, так же как и в растровом,
формируется электронный зонд, однако положение его остается неизменным.
Электронные лучи зонда служат для получения увеличенного теневого
изображения объекта, помещенного в непосредственной близости от зонда.
Образование изображения обусловлено рассеянием и поглощением электронов
различными участками объекта. Следует отметить, что интенсивность конечного
изображения в теневом электронном микроскопе незначительна, поэтому обычно
в них используются усилители света типа электронно-оптических
преобразователей.
Важной разновидностью электронных микроскопов растрового типа
является микрорентгеноспектральный анализатор. Прибор основан на
возбуждении так называемого характеристического рентгеновского излучения
атомов малого участка поверхности - образца с помощью тонкого
высокоскоростного электронного зонда. Электронный зонд с помощью системы
развертки обегает исследуемую поверхность. При торможении электронов на
поверхности возникает наряду с так называемым тормозным излучением
характе
| |  скачать работу |
Дифракция электронов. Электронный микроскоп |
