Հարդարում. Կցամասեր. Վերանորոգում. Մոնտաժում. Ընտրություն. բացվածք
ԷԼԵԿՏՐՈՆԱՅԻՆ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊ
սարք, որը թույլ է տալիս ստանալ առարկաների բարձր խոշորացված պատկեր՝ օգտագործելով էլեկտրոնները՝ դրանք լուսավորելու համար: Էլեկտրոնային մանրադիտակը (EM) հնարավորություն է տալիս տեսնել մանրամասներ, որոնք չափազանց փոքր են լուսային (օպտիկական) մանրադիտակով լուծելու համար: ԷՄ-ը նյութի կառուցվածքի հիմնարար գիտական հետազոտությունների կարևորագույն գործիքներից մեկն է, հատկապես գիտության այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են կենսաբանությունը և պինդ վիճակի ֆիզիկան: EV-ների երեք հիմնական տեսակ կա. 1930-ականներին հայտնագործվեց սովորական փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակը (OPEM), 1950-ականներին՝ սկանավորող (սկանավորող) էլեկտրոնային մանրադիտակը (SEM) և 1980-ականներին՝ սկանավորող թունելային մանրադիտակը (RTM): Այս երեք տեսակի մանրադիտակները լրացնում են միմյանց տարբեր տեսակի կառուցվածքների և նյութերի ուսումնասիրության մեջ:
ՊԱՅՄԱՆԱԿԱՆ ՀԱՑՈՒՄ ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊ
OPEM-ը շատ առումներով նման է լուսային մանրադիտակին, տես ՄԻԿՐՈՍԿՈՊ, բայց միայն նմուշները լուսավորելու համար այն օգտագործում է ոչ թե լույս, այլ էլեկտրոնների ճառագայթ: Այն պարունակում է էլեկտրոնային լուսարձակ (տե՛ս ստորև), մի շարք կոնդենսատոր ոսպնյակներ, օբյեկտիվ ոսպնյակներ և պրոյեկցիոն համակարգ, որը համապատասխանում է ակնաբույժին, բայց իրական պատկերը ցուցադրում է լյումինեսցենտային էկրանի կամ լուսանկարչական ափսեի վրա: Էլեկտրոնի աղբյուրը սովորաբար տաքացվող վոլֆրամի կամ լանթանի հեքսաբորիդի կաթոդն է։ Կաթոդը էլեկտրականորեն մեկուսացված է սարքի մնացած մասերից, իսկ էլեկտրոնները արագանում են ուժեղ էլեկտրական դաշտով: Նման դաշտ ստեղծելու համար կաթոդը պահպանվում է մոտ -100,000 Վ պոտենցիալով մյուս էլեկտրոդների համեմատ, որոնք էլեկտրոնները կենտրոնացնում են նեղ ճառագայթի մեջ: Սարքի այս հատվածը կոչվում է էլեկտրոնային լուսարձակ (տես ELECTRONIC GUN): Քանի որ էլեկտրոնները մեծապես ցրված են նյութի կողմից, մանրադիտակի սյունակում պետք է լինի վակուում, որտեղ էլեկտրոնները շարժվում են: Այն պահպանում է մթնոլորտային ճնշումը, որը չի գերազանցում միլիարդերորդը:
Էլեկտրոնային օպտիկա.Էլեկտրոնային պատկերը ձևավորվում է էլեկտրական և մագնիսական դաշտերով, ճիշտ այնպես, ինչպես լուսային պատկերը ձևավորվում է օպտիկական ոսպնյակների միջոցով: Մագնիսական ոսպնյակի աշխատանքի սկզբունքը պատկերված է գծապատկերով (նկ. 1): Կծիկի պտույտներից ստեղծված մագնիսական դաշտը, որի միջով հոսում է հոսանքը, հանդես է գալիս որպես հավաքող ոսպնյակ, որի կիզակետային երկարությունը կարելի է փոխել հոսանքը փոխելով։ Քանի որ նման ոսպնյակի օպտիկական հզորությունը, այսինքն. Էլեկտրոնները կենտրոնացնելու ունակությունը կախված է առանցքի մոտ գտնվող մագնիսական դաշտի ուժից, այն մեծացնելու համար ցանկալի է մագնիսական դաշտը կենտրոնացնել հնարավորինս փոքր ծավալով: Գործնականում դրան հասնում է նրանով, որ կծիկը գրեթե ամբողջությամբ պատված է նիկել-կոբալտ հատուկ համաձուլվածքից պատրաստված մագնիսական «զրահով»՝ թողնելով միայն նեղ բացվածք իր ներքին մասում։ Այս կերպ ստեղծված մագնիսական դաշտը կարող է 10-100 հազար անգամ ավելի ուժեղ լինել, քան երկրի մակերեսի մագնիսական դաշտը։
OPEM դիագրամը ներկայացված է Նկ. 2. Կոնդենսատորային ոսպնյակների մի շարք (ցուցադրված է միայն վերջինը) էլեկտրոնային ճառագայթը կենտրոնացնում է նմուշի վրա: Սովորաբար առաջինը ստեղծում է էլեկտրոնային աղբյուրի չմեծացված պատկեր, մինչդեռ երկրորդը վերահսկում է նմուշի վրա լուսավորված տարածքի չափը: Վերջին կոնդենսատորի ոսպնյակի բացվածքը որոշում է ճառագայթի լայնությունը օբյեկտի հարթությունում: Նմուշը տեղադրվում է բարձր օպտիկական հզորությամբ օբյեկտիվ ոսպնյակի մագնիսական դաշտում՝ ամենակարևոր OPEM ոսպնյակը, որը որոշում է սարքի առավելագույն հնարավոր լուծումը: Օբյեկտիվ ոսպնյակի շեղումները սահմանափակվում են նրա բացվածքով այնպես, ինչպես տեսախցիկի կամ լուսային մանրադիտակի դեպքում: Օբյեկտիվ ոսպնյակը տալիս է օբյեկտի ընդլայնված պատկեր (սովորաբար մոտ 100 խոշորացումով); միջանկյալ և պրոյեկցիոն ոսպնյակների կողմից ներկայացված լրացուցիչ խոշորացումը տատանվում է 10-ից մի փոքր պակասից մինչև 1000-ից մի փոքր ավելի: Այսպիսով, խոշորացումը, որը կարելի է ձեռք բերել ժամանակակից OPEM-ներում, կազմում է 1000-ից մինչև ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊԸ 1,000,000: (Միլիոն խոշորացումով): անգամ գրեյպֆրուտը մեծանում է մինչև Երկրի չափը:) Ուսումնասիրվող առարկան սովորաբար տեղադրվում է շատ նուրբ ցանցի վրա և տեղադրվում է հատուկ պահարանի մեջ: Սեփականատերը կարող է մեխանիկական կամ էլեկտրականորեն սահուն շարժվել վեր ու վար և ձախ ու աջ:
Պատկեր. OPEM-ում հակադրությունը պայմանավորված է էլեկտրոնների ցրմամբ, երբ էլեկտրոնային ճառագայթը անցնում է նմուշի միջով: Եթե նմուշը բավականաչափ բարակ է, ապա ցրված էլեկտրոնների բաժինը փոքր է: Երբ էլեկտրոնները անցնում են նմուշի միջով, դրանցից մի քանիսը ցրվում են նմուշի ատոմների միջուկների հետ բախումների պատճառով, մյուսները՝ ատոմների էլեկտրոնների բախումների, իսկ մյուսներն անցնում են առանց ցրման։ Նմուշի ցանկացած հատվածում ցրման աստիճանը կախված է տվյալ հատվածում նմուշի հաստությունից, նրա խտությունից և տվյալ կետում միջին ատոմային զանգվածից (պրոտոնների քանակից): Էլեկտրոնները, որոնք դիֆրագմից հեռանում են որոշակի սահմանը գերազանցող անկյունային շեղումով, այլևս չեն կարող վերադառնալ պատկերը կրող ճառագայթին, և, հետևաբար, ուժեղորեն ցրվում են աճող խտության, բարձր հաստության տարածքները, ծանր ատոմների տեղակայումները պատկերում հայտնվում են որպես մութ գոտիներ լույսի դեմ: ֆոն. Նման պատկերը կոչվում է պայծառ դաշտ, քանի որ շրջակա դաշտը ավելի թեթև է, քան դրա մեջ գտնվող առարկան: Բայց հնարավոր է ստիպել, որ էլեկտրական շեղող համակարգը ցրված էլեկտրոններից միայն մեկը կամ մյուսը անցնի ոսպնյակի դիֆրագմա: Այնուհետև մութ դաշտում նմուշը բաց է թվում: Թույլ ցրված օբյեկտը հաճախ ավելի հարմար է դիտել մութ դաշտի ռեժիմում: Վերջնական խոշորացված էլեկտրոնային պատկերը փոխակերպվում է տեսանելիի լուսարձակող էկրանի միջոցով, որը փայլում է էլեկտրոնային ռմբակոծության ազդեցության տակ։ Այս պատկերը, սովորաբար ցածր կոնտրաստով, սովորաբար դիտվում է երկդիտակ լուսային մանրադիտակի միջոցով: Միևնույն պայծառությամբ, 10 խոշորացմամբ նման մանրադիտակը կարող է ցանցաթաղանթի վրա 10 անգամ ավելի մեծ պատկեր ստեղծել, քան անզեն աչքով դիտարկելը: Երբեմն թույլ պատկերի պայծառությունը մեծացնելու համար օգտագործվում է էլեկտրաօպտիկական փոխարկիչով ֆոսֆորի էկրան: Այս դեպքում վերջնական պատկերը կարող է ցուցադրվել սովորական հեռուստատեսային էկրանի վրա, ինչը թույլ է տալիս այն ձայնագրել տեսաերիզով: Տեսագրումը օգտագործվում է պատկերներ ձայնագրելու համար, որոնք ժամանակի ընթացքում փոխվում են, օրինակ՝ քիմիական ռեակցիայի պատճառով: Ամենից հաճախ վերջնական պատկերը գրանցվում է լուսանկարչական ֆիլմի կամ լուսանկարչական ափսեի վրա: Լուսանկարչական թիթեղը սովորաբար թույլ է տալիս ստանալ ավելի հստակ պատկեր, քան անզեն աչքով դիտվածը կամ տեսաերիզների վրա գրանցվածը, քանի որ լուսանկարչական նյութերը, ընդհանուր առմամբ, ավելի արդյունավետ կերպով գրանցում են էլեկտրոնները: Բացի այդ, լուսանկարչական ֆիլմի մեկ միավորի մակերեսի վրա կարելի է 100 անգամ ավելի շատ ազդանշաններ գրանցել, քան տեսաերիզների մեկ միավորի մակերեսը: Դրա շնորհիվ լուսանկարչական ֆիլմի վրա գրանցված պատկերը կարող է ընդլայնվել մոտ 10 անգամ՝ առանց հստակության կորստի:
Թույլտվություն.Էլեկտրոնային ճառագայթներն ունեն լույսի ճառագայթների նման հատկություններ: Մասնավորապես, յուրաքանչյուր էլեկտրոն ունի որոշակի ալիքի երկարություն: EM-ի լուծումը որոշվում է էլեկտրոնների արդյունավետ ալիքի երկարությամբ: Ալիքի երկարությունը կախված է էլեկտրոնների արագությունից և, հետևաբար, արագացնող լարումից. որքան բարձր է արագացման լարումը, այնքան մեծ է էլեկտրոնների արագությունը և ավելի կարճ ալիքի երկարությունը, ինչը նշանակում է, որ այնքան բարձր է թույլատրելիությունը: EM-ի նման նշանակալի առավելությունը լուծաչափում պայմանավորված է նրանով, որ էլեկտրոնների ալիքի երկարությունը շատ ավելի կարճ է, քան լույսի ալիքի երկարությունը: Բայց քանի որ էլեկտրոնային ոսպնյակները այնքան լավ չեն կենտրոնանում, որքան օպտիկական ոսպնյակները (լավ էլեկտրոնային ոսպնյակի թվային բացվածքը ընդամենը 0,09 է, մինչդեռ լավ օպտիկական ոսպնյակի համար այս արժեքը հասնում է 0,95-ի), EM թույլատրելիությունը 50-100 էլեկտրոնային ալիքի երկարություն է: Նույնիսկ էլեկտրոնային մանրադիտակի նման թույլ ոսպնյակների դեպքում թույլատրելիության սահմանը մոտ. 0,17 նմ, ինչը հնարավորություն է տալիս բյուրեղներում առանձնացնել առանձին ատոմները։ Այս կարգի լուծմանը հասնելու համար անհրաժեշտ է շատ զգույշ գործիքի թյունինգ. Մասնավորապես, պահանջվում են բարձր կայուն սնուցման աղբյուրներ, և սարքն ինքնին (որը կարող է ունենալ մոտ 2,5 մ բարձրություն և կշռել մի քանի տոննա) և դրա լրացուցիչ սարքավորումները պահանջում են առանց թրթռումների տեղադրում:
ՌԱՍՏԵՐ ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՄԱՆՐԴԱՍԿՈՊ
SEM-ը, որը դարձել է գիտական հետազոտությունների ամենակարևոր գործիքը, լավ լրացում է OPEM-ին: SEM-ն օգտագործում է էլեկտրոնային ոսպնյակներ՝ էլեկտրոնային ճառագայթը շատ փոքր կետի վրա կենտրոնացնելու համար: Դուք կարող եք կարգավորել SEM-ը այնպես, որ դրա մեջ կետի տրամագիծը չգերազանցի 0,2 նմ, բայց, որպես կանոն, այն միավոր է կամ տասնյակ նանոմետր: Այս կետը շարունակաբար անցնում է նմուշի որոշակի տարածք, նման է հեռուստատեսային խողովակի էկրանով անցնող ճառագայթին: Ճառագայթային էլեկտրոններով օբյեկտի ռմբակոծությունից բխող էլեկտրական ազդանշանն օգտագործվում է հեռուստատեսային պատկերային խողովակի կամ կաթոդային խողովակի (CRT) էկրանին պատկեր ստեղծելու համար, որի մաքրումը համաժամանակացվում է էլեկտրոնային ճառագայթների շեղման համակարգի հետ (նկ. 3). Խոշորացումն այս դեպքում հասկացվում է որպես էկրանի վրա պատկերի չափի հարաբերակցությունը նմուշի վրա գտնվող ճառագայթով ծածկված տարածքի չափին: Այս աճը 10-ից 10 միլիոն է։
Կենտրոնացված ճառագայթի էլեկտրոնների փոխազդեցությունը նմուշի ատոմների հետ կարող է հանգեցնել ոչ միայն դրանց ցրման, որն օգտագործվում է OPEM-ում պատկեր ստանալու համար, այլև ռենտգենյան ճառագայթման գրգռմանը, տեսանելի լույսի արտանետմանը և երկրորդական էլեկտրոնների արտանետում. Բացի այդ, քանի որ SEM-ը նմուշի դիմաց ունի միայն կենտրոնացնող ոսպնյակներ, այն թույլ է տալիս ուսումնասիրել «հաստ» նմուշները:
Ռեֆլեկտիվ SEM.Ռեֆլեկտիվ SEM-ը նախատեսված է զանգվածային նմուշների ուսումնասիրության համար: Քանի որ արտացոլվածի գրանցումից բխող հակադրությունը, այսինքն. հետցրված և երկրորդային էլեկտրոնները կապված են հիմնականում նմուշի վրա էլեկտրոնների անկման անկյան հետ, պատկերում բացահայտված է մակերեսային կառուցվածքը: (Հետցրման ինտենսիվությունը և խորությունը, որում այն տեղի է ունենում, կախված են դիպված ճառագայթի էլեկտրոնային էներգիայից: Երկրորդական էլեկտրոնների արտանետումը հիմնականում որոշվում է նմուշի մակերևութային կազմով և հաղորդունակությամբ): Այս երկու ազդանշաններն էլ տեղեկատվություն են տալիս ընդհանուրի մասին: նմուշի բնութագրերը. Էլեկտրոնային փնջի ցածր կոնվերգենցիայի շնորհիվ հնարավոր է դիտումներ կատարել դաշտի շատ ավելի մեծ խորությամբ, քան լուսային մանրադիտակով աշխատելիս, և ստանալ բարձր զարգացած ռելիեֆով մակերեսների գերազանց ծավալային միկրոգրաֆներ։ Նմուշի արձակած ռենտգենյան ճառագայթումը գրանցելով՝ ի լրումն ռելիեֆի տվյալների, հնարավոր է նաև տեղեկատվություն ստանալ 0,001 մմ խորությամբ մակերեսային շերտում նմուշի քիմիական կազմի մասին։ Մակերեւույթի վրա նյութի բաղադրությունը կարելի է դատել նաև չափված էներգիայի միջոցով, որով արտանետվում են որոշակի էլեկտրոններ։ SEM-ի հետ աշխատելու բոլոր դժվարությունները հիմնականում պայմանավորված են գրանցման և էլեկտրոնային վիզուալիզացիայի համակարգերով։ Դետեկտորների ամբողջական հավաքածու ունեցող սարքում, SEM-ի բոլոր գործառույթների հետ մեկտեղ, տրամադրվում է էլեկտրոնային զոնդի միկրովերլուծիչի աշխատանքային ռեժիմ:
Սկան փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ: Սկանավորող փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակը (RPEM) SEM-ի հատուկ տեսակ է: Այն նախատեսված է բարակ նմուշների համար, նույնը, ինչ ուսումնասիրվել է OPEM-ում: RPEM շղթան տարբերվում է Նկ. 3 միայն նրանով, որ նմուշի վերևում տեղադրված դետեկտորներ չկան: Քանի որ պատկերը ձևավորվում է ճամփորդող ճառագայթով (և ոչ ճառագայթով, որը լուսավորում է նմուշի ամբողջ տարածքը), անհրաժեշտ է բարձր ինտենսիվության էլեկտրոնային աղբյուր, որպեսզի պատկերը հնարավոր լինի գրանցել ողջամիտ ժամկետում: Բարձր լուծաչափով RPEM-ն օգտագործում է բարձր պայծառության դաշտի արտանետիչներ: Էլեկտրոնների նման աղբյուրում շատ ուժեղ էլեկտրական դաշտ (մոտ V/սմ) առաջանում է շատ փոքր տրամագծով փորագրված վոլֆրամային մետաղալարի մակերևույթի մոտ։ Այս դաշտը բառացիորեն մետաղալարից դուրս է բերում միլիարդավոր էլեկտրոններ՝ առանց որևէ տաքացման: Նման աղբյուրի պայծառությունը գրեթե 10,000 անգամ գերազանցում է ջեռուցվող վոլֆրամի մետաղալարերի աղբյուրին (տես վերևում), և նրա կողմից արտանետվող էլեկտրոնները կարող են կենտրոնանալ 1 նմ-ից պակաս տրամագծով ճառագայթի մեջ: Ստացվել են նույնիսկ 0,2 նմ տրամագծով ճառագայթներ։ Ավտոէլեկտրոնային աղբյուրները կարող են գործել միայն ծայրահեղ բարձր վակուումային պայմաններում (Պա-ից ցածր ճնշումների դեպքում), որոնցում բացարձակապես բացակայում են աղտոտիչները, ինչպիսիք են ածխաջրածինը և ջրի գոլորշիները, և հնարավոր է դառնում ստանալ բարձր լուծաչափով պատկերներ: Նման գերմաքուր պայմանների շնորհիվ հնարավոր է հետաքննել գործընթացներն ու երևույթները, որոնք ԷՄ-ին անհասանելի են սովորական վակուումային համակարգերով: RPEM-ում հետազոտությունն իրականացվում է գերբարակ նմուշների վրա: Նման նմուշների միջով էլեկտրոնները անցնում են քիչ կամ առանց ցրման: Մի քանի աստիճանից ավելի անկյուններում առանց դանդաղման ցրված էլեկտրոնները գրանցվում են՝ ընկնելով նմուշի տակ գտնվող օղակաձև էլեկտրոդի վրա (նկ. 3): Այս էլեկտրոդից վերցված ազդանշանը մեծապես կախված է ատոմների ատոմային թվից այն տարածաշրջանում, որով անցնում են էլեկտրոնները. ավելի ծանր ատոմները ավելի շատ էլեկտրոններ են ցրում դեպի դետեկտոր, քան թեթևները: Եթե էլեկտրոնային ճառագայթը կենտրոնացած է 0,5 նմ տրամագծով փոքր կետի վրա, կարելի է ստանալ առանձին ատոմների պատկեր: Իրականում RPEM-ում ստացված պատկերում հնարավոր է տարբերակել երկաթի ատոմային զանգվածով առանձին ատոմներ (այսինքն՝ 26 կամ ավելի): Օղակաձեւ դետեկտորի անցք են անցնում էլեկտրոնները, որոնք նմուշի մեջ ցրման չեն ենթարկվել, ինչպես նաև նմուշի հետ փոխազդեցության արդյունքում դանդաղած էլեկտրոնները։ Այս դետեկտորի տակ տեղակայված էներգիայի անալիզատորը թույլ է տալիս առաջինը առանձնացնել երկրորդից: Չափելով էլեկտրոնների կողմից ցրման ժամանակ կորցրած էներգիան՝ կարելի է կարևոր տեղեկություններ ստանալ նմուշի մասին։ Էներգիայի կորուստները, որոնք կապված են ռենտգենյան ճառագայթների գրգռման կամ նմուշից երկրորդական էլեկտրոնների արտազատման հետ, հնարավորություն են տալիս դատել նյութի քիմիական հատկությունների մասին այն տարածաշրջանում, որտեղով անցնում է էլեկտրոնային ճառագայթը:
ՌԱՍՏԵՐ ԹՈՒՆԵԼ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊ
Վերևում քննարկված ԷՄ-ները օգտագործում են մագնիսական ոսպնյակներ՝ էլեկտրոնները կենտրոնացնելու համար: Այս բաժինը նվիրված է ԷՄ առանց ոսպնյակների: Սակայն, նախքան սկանավորող թունելային մանրադիտակին (RTM) անցնելը, օգտակար կլինի հակիրճ անդրադառնալ երկու հին տեսակի առանց ոսպնյակի մանրադիտակի, որոնցում ձևավորվում է նախագծված ստվերային պատկեր:
Ավտոէլեկտրոնային և ավտո-իոնային պրոյեկտորներ: RPEM-ում օգտագործվող ավտոմատ էլեկտրոնային աղբյուրը օգտագործվել է ստվերային պրոյեկտորներում 1950-ականների սկզբից: Դաշտային պրոյեկտորում էլեկտրոնները, որոնք արտանետվում են շատ փոքր տրամագծով ծայրից դաշտային արտանետմամբ, արագանում են դեպի լուսամփոփ էկրան, որը գտնվում է ծայրից մի քանի սանտիմետր հեռավորության վրա: Արդյունքում, ծայրի մակերեսի և այս մակերեսի մասնիկների նախագծված պատկերը հայտնվում է էկրանին էկրանի շառավիղի և ծայրի շառավիղի հարաբերակցության աճով (մոտ): Ավելի բարձր թույլտվություն է ձեռք բերվում դաշտային-իոնային պրոյեկտորում, որտեղ պատկերի պրոյեկցիան իրականացվում է հելիումի (կամ այլ տարրերի) իոններով, որոնց արդյունավետ ալիքի երկարությունը ավելի կարճ է, քան էլեկտրոններինը: Սա թույլ է տալիս ստանալ պատկերներ, որոնք ցույց են տալիս ատոմների իրական դասավորությունը ծայրամասային նյութի բյուրեղային ցանցում: Հետևաբար, դաշտային-իոնային պրոյեկտորները օգտագործվում են, մասնավորապես, ուսումնասիրելու բյուրեղային կառուցվածքը և դրա թերությունները այն նյութերում, որոնցից կարելի է պատրաստել այդպիսի ծայրեր:
Սկանային թունելային մանրադիտակ (RTM):Այս մանրադիտակը նաև օգտագործում է փոքր տրամագծով մետաղական ծայր, որը հանդիսանում է էլեկտրոնների աղբյուր: Էլեկտրական դաշտ է առաջանում ծայրի և նմուշի մակերեսի միջև ընկած բացվածքում: Դաշտի կողմից ծայրից քաշված էլեկտրոնների քանակը միավոր ժամանակում (թունելի հոսանք) կախված է ծայրի և նմուշի մակերեսի միջև եղած հեռավորությունից (գործնականում այդ հեռավորությունը 1 նմ-ից պակաս է): Երբ ծայրը շարժվում է մակերեսի երկայնքով, հոսանքը մոդուլացվում է: Սա հնարավորություն է տալիս ստանալ պատկեր, որը կապված է նմուշի մակերեսի ռելիեֆի հետ: Եթե ծայրը ավարտվում է մեկ ատոմով, ապա կարող եք մակերեսի պատկեր կազմել՝ ատոմ առ ատոմ անցնելով։ RTM-ը կարող է աշխատել միայն այն պայմանով, որ ծայրից մինչև մակերես հեռավորությունը մշտական է, իսկ ծայրը կարող է տեղաշարժվել ատոմային չափերի ճշգրտությամբ: Թրթռումը ճնշվում է մանրադիտակի կոշտ կառուցվածքի և փոքր չափերի (ոչ ավելի, քան բռունցք), ինչպես նաև ռետինե բազմաշերտ շոկի կլանիչների օգտագործման պատճառով: Բարձր ճշգրտություն ապահովում են պիեզոէլեկտրական նյութերը, որոնք արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ երկարանում և կծկվում են։ Կիրառելով 10-5 Վ կարգի լարում, հնարավոր է փոխել նման նյութերի չափերը 0,1 նմ կամ ավելի քիչ: Սա հնարավորություն է տալիս ծայրը պիեզոէլեկտրական նյութից պատրաստված տարրի վրա ամրացնելով, այն տեղափոխել երեք փոխադարձ ուղղահայաց ուղղություններով՝ ատոմային չափերի կարգի ճշգրտությամբ։
ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊԻԱՅԻ ՏԵԽՆԻԿԱ
Կենսաբանության և նյութագիտության ոլորտում հազիվ թե գտնվի հետազոտության որևէ ոլորտ, որտեղ հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակը (TEM) չի կիրառվում. դա պայմանավորված է նմուշի պատրաստման տեխնիկայի հաջողությամբ: Էլեկտրոնային մանրադիտակում օգտագործվող բոլոր տեխնիկան ուղղված է չափազանց բարակ նմուշ ստանալուն և դրա և ենթաշերտի միջև առավելագույն կոնտրաստ ապահովելուն, որը նրան անհրաժեշտ է որպես հենարան: Հիմնական տեխնիկան նախատեսված է 2-200 նմ հաստությամբ նմուշների համար, որոնք ամրացված են բարակ պլաստմասսա կամ ածխածնային թաղանթներով, որոնք տեղադրվում են ցանցի վրա մոտավորապես մոտավորապես: 0,05 մմ: (Համապատասխան նմուշը, անկախ նրանից, թե ինչպես է այն ստացվել, մշակվում է այնպես, որ մեծանա էլեկտրոնների ցրման ինտենսիվությունը փորձարկվող օբյեկտի վրա:) Եթե կոնտրաստը բավականաչափ բարձր է, ապա դիտորդի աչքը կարող է տարբերակել մանրամասները, որոնք գտնվում են հեռավորությունը 0,1-0,2 մմ առանց լարվածության, իրարից հեռու: Հետևաբար, որպեսզի նմուշի վրա 1 նմ հեռավորությամբ առանձնացված մանրամասները տարբերվեն էլեկտրոնային մանրադիտակով ստեղծված պատկերում, անհրաժեշտ է մոտ 100-200 հազար ընդհանուր խոշորացում։Լավագույն մանրադիտակները կարող են պատկեր ստեղծել։ նմուշի լուսանկարչական ափսեի վրա նման աճով, բայց միևնույն ժամանակ ցուցադրվում է չափազանց փոքր տարածք: Սովորաբար միկրոգրաֆն արվում է ավելի ցածր խոշորացմամբ, այնուհետև լուսանկարչականորեն մեծանում: Լուսանկարչական ափսեը թույլ է տալիս մոտ 10 սմ երկարություն: 10000 տող. Եթե յուրաքանչյուր տող նմուշի վրա համապատասխանում է 0,5 նմ երկարությամբ որոշակի կառուցվածքի, ապա այդպիսի կառուցվածք գրանցելու համար անհրաժեշտ է առնվազն 20000-ով ավելացում, մինչդեռ SEM և RPEM օգնությամբ, որոնցում պատկերը գրանցվում է. էլեկտրոնային համակարգ և տեղադրված է հեռուստացույցի էկրանին, միայն OK: 1000 տող. Այսպիսով, հեռուստատեսային մոնիտոր օգտագործելիս նվազագույն պահանջվող խոշորացումը մոտ 10 անգամ ավելի է, քան լուսանկարելիս:
Կենսաբանական պատրաստուկներ.Էլեկտրոնային մանրադիտակը լայնորեն կիրառվում է կենսաբանական և բժշկական հետազոտություններում։ Մշակվել են OPEM և RPEM-ում հետազոտությունների համար բարակ հյուսվածքների ֆիքսման, ներկառուցման և ստացման մեթոդներ և SEM-ում զանգվածային նմուշների ուսումնասիրման ֆիքսման մեթոդներ: Այս տեխնիկան հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել բջիջների կազմակերպումը մակրոմոլեկուլային մակարդակում։ Էլեկտրոնային մանրադիտակը բացահայտել է բջջի բաղադրիչները և մեմբրանների կառուցվածքի մանրամասները, միտոքոնդրիումները, էնդոպլազմիկ ցանցը, ռիբոսոմները և բջիջը կազմող բազմաթիվ այլ օրգանելներ։ Նմուշը սկզբում ամրացվում է գլյուտարալդեհիդով կամ ամրացնող այլ միջոցներով, այնուհետև ջրազրկում և ծածկում պլաստիկով: Կրիոֆիկացիայի մեթոդները (ֆիքսումը շատ ցածր - կրիոգեն - ջերմաստիճաններում) թույլ են տալիս պահպանել կառուցվածքը և կազմը առանց քիմիական ամրագրող նյութերի օգտագործման: Բացի այդ, կրիոգեն մեթոդները թույլ են տալիս ստանալ սառեցված կենսաբանական նմուշների պատկերներ՝ առանց ջրազրկման: Օգտագործելով հղկված ադամանդի կամ փշրված ապակու շեղբերներով ուլտրամիկրոտոմներ, կարելի է կտրել 30-40 նմ հաստությամբ հյուսվածքի հատվածներ: Մոնտաժված հյուսվածքաբանական պատրաստուկները կարող են ներկվել ծանր մետաղների միացություններով (կապար, օսմիում, ոսկի, վոլֆրամ, ուրան) առանձին բաղադրիչների կամ կառուցվածքների հակադրությունն ուժեղացնելու համար:
Կենսաբանական հետազոտությունները տարածվել են միկրոօրգանիզմների, հատկապես վիրուսների վրա, որոնք չեն լուծվում լուսային մանրադիտակներով։ TEM-ը հնարավորություն է տվել բացահայտել, օրինակ, բակտերիոֆագների կառուցվածքը և ենթամիավորների տեղակայումը վիրուսների սպիտակուցային ծրարներում։ Բացի այդ, դրական և բացասական գունազարդման մեթոդները կարողացել են բացահայտել կառուցվածքը ստորաբաժանումներով մի շարք այլ կարևոր կենսաբանական միկրոկառուցվածքներում: Նուկլեինաթթուների հակադրությունն ուժեղացնելու մեթոդները հնարավորություն են տվել դիտարկել միաշղթա և երկշղթա ԴՆԹ: Այս երկար գծային մոլեկուլները տարածվում են հիմնական սպիտակուցի շերտի մեջ և կիրառվում բարակ թաղանթի վրա: Այնուհետև վակուումային նստեցման միջոցով նմուշի վրա կիրառվում է ծանր մետաղի շատ բարակ շերտ: Ծանր մետաղի այս շերտը «գործի է դնում» նմուշը, ինչի շնորհիվ վերջինս OPEM-ում կամ RPEM-ում դիտարկելիս կարծես լուսավորված է այն կողմից, որտեղից նստել է մետաղը։ Եթե ցողման ժամանակ նմուշը պտտեք, ապա մետաղը բոլոր կողմերից հավասարաչափ կուտակվում է մասնիկների շուրջը (ձնագնդի նման):
Ոչ կենսաբանական նյութեր. TEM-ը օգտագործվում է նյութերի հետազոտության մեջ՝ ուսումնասիրելու բարակ բյուրեղները և տարբեր նյութերի միջև սահմանները: Միջերեսի բարձր լուծաչափի պատկեր ստանալու համար նմուշը լցնում են պլաստմասսայով, նմուշը կտրում են եզրագծին ուղղահայաց, այնուհետև նոսրացնում են այնպես, որ եզրագիծը տեսանելի լինի սրված եզրին։ Բյուրեղային ցանցը ուժեղ ցրում է էլեկտրոնները որոշակի ուղղություններով՝ տալով դիֆրակցիոն օրինաչափություն։ Բյուրեղային նմուշի պատկերը մեծապես որոշվում է այս նկարով. հակադրությունը մեծապես կախված է բյուրեղային ցանցի կողմնորոշումից, հաստությունից և կատարելությունից: Պատկերի կոնտրաստային փոփոխությունները թույլ են տալիս ուսումնասիրել բյուրեղյա վանդակը և դրա թերությունները ատոմային չափերի մասշտաբով: Այս դեպքում ստացված տեղեկատվությունը լրացնում է այն, ինչ տրված է զանգվածային նմուշների ռենտգենյան անալիզով, քանի որ EM-ը հնարավորություն է տալիս ուղղակիորեն տեսնել տեղահանումները, կուտակման խզվածքները և հատիկների սահմանները բոլոր մանրամասներով: Բացի այդ, էլեկտրոնների դիֆրակցիայի օրինաչափությունները կարող են գրանցվել EM-ում և կարող են դիտվել նմուշի ընտրված տարածքներից դիֆրակցիոն օրինաչափություններ: Եթե ոսպնյակի դիֆրագմը կարգավորվում է այնպես, որ դրա միջով անցնի միայն մեկ ցրված և չցրված կենտրոնական ճառագայթ, ապա հնարավոր է ստանալ բյուրեղային հարթությունների որոշակի համակարգի պատկեր, որը տալիս է այս ցրված ճառագայթը։ Ժամանակակից սարքերը թույլ են տալիս 0,1 նմ վանդակաճաղերի լուծում: Բյուրեղները կարող են ուսումնասիրվել նաև մութ դաշտի պատկերման մեթոդով, որի դեպքում կենտրոնական ճառագայթը համընկնում է, այնպես որ պատկերը ձևավորվում է մեկ կամ մի քանի ցրված ճառագայթներով: Այս բոլոր մեթոդները կարեւոր տեղեկություններ էին տալիս բազմաթիվ նյութերի կառուցվածքի մասին և զգալիորեն պարզաբանում էին բյուրեղների ֆիզիկան և դրանց հատկությունները։ Օրինակ, բարակ փոքր չափի քվազիկրիստալների բյուրեղային ցանցի TEM պատկերների վերլուծությունը նրանց էլեկտրոնային դիֆրակցիայի օրինաչափությունների վերլուծության հետ համատեղ 1985 թվականին հնարավորություն տվեց հայտնաբերել հինգերորդ կարգի սիմետրիա ունեցող նյութեր:
Բարձր լարման մանրադիտակ.Ներկայումս արդյունաբերությունը արտադրում է OPEM-ի և RPEM-ի բարձրավոլտ տարբերակներ՝ 300-ից մինչև 400 կՎ արագացնող լարումներով։ Նման մանրադիտակներն ունեն ավելի բարձր ներթափանցման հզորություն, քան ցածր լարման սարքերը, և գրեթե հավասար են նախկինում կառուցված 1 միլիոն վոլտ լարման մանրադիտակներին: Ժամանակակից բարձրավոլտ մանրադիտակները բավականին կոմպակտ են և կարող են տեղադրվել սովորական լաբորատոր սենյակում։ Նրանց թափանցող հզորությունը շատ արժեքավոր հատկություն է դառնում ավելի հաստ բյուրեղների թերությունները ուսումնասիրելիս, հատկապես այն բյուրեղներում, որոնցից հնարավոր չէ բարակ նմուշներ պատրաստել: Կենսաբանության մեջ նրանց բարձր թափանցող ունակությունը հնարավորություն է տալիս հետազոտել ամբողջ բջիջները՝ առանց դրանք կտրելու։ Բացի այդ, այս մանրադիտակները կարող են օգտագործվել հաստ առարկաների ծավալային պատկերներ ստանալու համար:
Ցածր լարման մանրադիտակ. SEM-ները նույնպես արտադրվում են ընդամենը մի քանի հարյուր վոլտ արագացնող լարմամբ: Նույնիսկ նման ցածր լարման դեպքում էլեկտրոնային ալիքի երկարությունը 0,1 նմ-ից պակաս է, ուստի տարածական լուծումն այստեղ նույնպես սահմանափակվում է մագնիսական ոսպնյակների շեղումներով։ Այնուամենայնիվ, քանի որ նման ցածր էներգիայի էլեկտրոնները մակերեսորեն թափանցում են նմուշի մակերևույթի տակ, պատկերման մեջ ներգրավված գրեթե բոլոր էլեկտրոնները գալիս են մակերեսին շատ մոտ տարածքից, ինչը բարելավում է մակերեսի ռելիեֆի լուծումը: Ցածր լարման SEM-ների միջոցով պատկերներ են ստացվել 1 նմ-ից պակաս չափի առարկաների ամուր մակերեսների վրա:
Ճառագայթային վնաս.Քանի որ էլեկտրոնները իոնացնող ճառագայթում են, EM-ի նմուշը մշտապես ենթարկվում է դրան: (Այս ազդեցության արդյունքում առաջանում են երկրորդական էլեկտրոններ, որոնք օգտագործվում են SEM-ում): Հետևաբար, նմուշները միշտ ենթարկվում են ճառագայթային վնասների: Ռադիացիայի բնորոշ չափաբաժինը, որը կլանված է բարակ նմուշով OPEM-ում միկրոգրաֆիայի գրանցման ժամանակ, մոտավորապես համապատասխանում է այն էներգիային, որը բավարար կլինի 4 մ խորությամբ 1 հա մակերեսով լճակից սառը ջրի ամբողջական գոլորշիացման համար: . Նմուշի ճառագայթային վնասը նվազեցնելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել դրա պատրաստման տարբեր եղանակներ՝ ներկում, լցնել, սառեցնել։ Բացի այդ, հնարավոր է պատկեր գրանցել էլեկտրոնային դոզանով, որը 100-1000 անգամ ավելի ցածր է, քան ստանդարտ տեխնիկայի օգտագործումը, իսկ հետո այն բարելավել՝ օգտագործելով համակարգչային պատկերների մշակման մեթոդները:
ՊԱՏՄԱԿԱՆ ՀԻՄՆԱԿԱՆ
Էլեկտրոնային մանրադիտակի ստեղծման պատմությունը հիանալի օրինակ է այն բանի, թե ինչպես գիտության և տեխնիկայի ինքնուրույն զարգացող ոլորտները կարող են ստացված տեղեկատվության փոխանակման և ջանքերի համադրման միջոցով ստեղծել գիտական հետազոտությունների համար հզոր նոր գործիք: Դասական ֆիզիկայի գագաթնակետը էլեկտրամագնիսական դաշտի տեսությունն էր, որը բացատրում էր լույսի տարածումը, էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի առաջացումը, լիցքավորված մասնիկների շարժումն այս դաշտերում որպես էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածում։ Ալիքային օպտիկան պարզ դարձրեց դիֆրակցիայի երևույթը, պատկերման մեխանիզմը և այն գործոնների խաղը, որոնք որոշում են լուսային մանրադիտակի լուծումը։ Տեսական և փորձարարական ֆիզիկայի բնագավառում ունեցած հաջողությունների համար մենք պարտական ենք էլեկտրոնի հայտնաբերմանը իր հատուկ հատկություններով։ Զարգացման այս առանձին և անկախ թվացող ուղիները հանգեցրին էլեկտրոնային օպտիկայի հիմքերի ստեղծմանը, որի կարևորագույն կիրառություններից մեկը 1930-ականներին ԷՄ-ի գյուտն էր։ Նման հնարավորության ուղղակի ակնարկ կարելի է համարել էլեկտրոնի ալիքային բնույթի վարկածը, որը առաջ քաշեց 1924 թվականին Լուի դը Բրոլին և փորձնականորեն հաստատեց 1927 թվականին Կ. Դևիսսոնը և Լ. Ջերմերը ԱՄՆ-ում և Ջ. Թոմսոնը Անգլիայում։ . Այսպիսով, առաջարկվեց անալոգիա, որը հնարավորություն տվեց կառուցել ԷՄ ըստ ալիքային օպտիկայի օրենքների: Հ. Բուշը հայտնաբերել է, որ էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը կարող են օգտագործվել էլեկտրոնային պատկերներ ձևավորելու համար։ 20-րդ դարի առաջին երկու տասնամյակներում. Ստեղծվել են նաև անհրաժեշտ տեխնիկական նախադրյալներ։ Կաթոդային օսցիլոսկոպի վրա աշխատող արդյունաբերական լաբորատորիաները տվել են վակուումային տեխնոլոգիա, բարձր լարման և հոսանքի կայուն աղբյուրներ, լավ էլեկտրոններ։ 1931 թվականին Ռ. Ռուդենբերգը արտոնագրի հայտ ներկայացրեց փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի համար, իսկ 1932 թվականին Մ. Նոլը և Է. Ռուսկան կառուցեցին առաջին նման մանրադիտակը՝ օգտագործելով մագնիսական ոսպնյակներ՝ էլեկտրոնները կենտրոնացնելու համար։ Այս սարքը ժամանակակից OPEM-ի նախակարապետն էր: (Ռուսկան իր աշխատանքի համար պարգևատրվեց՝ դառնալով ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր 1986թ.): այս սարքը ի վերջո թույլ տվեց հասնել 100 նմ լուծաչափի: Մի քանի տարի անց Ա. Պրեբուսը և Ջ. Հիլերը կառուցեցին առաջին բարձրորակ OPEM-ը Տորոնտոյի համալսարանում (Կանադա): OPEM-ի լայն հնարավորություններն ակնհայտ դարձան գրեթե անմիջապես: Դրա արդյունաբերական արտադրությունը միաժամանակ սկսել է Siemens-Halske-ն Գերմանիայում և RCA-ն ԱՄՆ-ում։ 1940-ականների վերջերին այլ ընկերություններ սկսեցին արտադրել նման սարքեր: SEM-ն իր ներկայիս տեսքով հայտնագործվել է 1952 թվականին Չարլզ Օթլիի կողմից: Ճիշտ է, նման սարքի նախնական տարբերակները կառուցվել են Knoll-ի կողմից Գերմանիայում 1930-ականներին և Zworykin-ի կողմից RCA կորպորացիայի աշխատակիցների հետ 1940-ականներին, բայց միայն Otley-ի սարքը կարողացավ հիմք ծառայել մի շարք տեխնիկական բարելավումների համար, որոնք ավարտվեցին 1940-ականներին: SEM-ի արդյունաբերական տարբերակի ներդրումը արտադրության մեջ 1960-ականների կեսերին: Եռաչափ պատկերով և էլեկտրոնային ելքային ազդանշանով նման բավականին հեշտ օգտագործվող սարքի սպառողների շրջանակը մեծացել է պայթյունի արագությամբ։ Ներկայումս երեք մայրցամաքներում կան SEM-ի տասնյակ արդյունաբերական արտադրողներ և տասնյակ հազարավոր նման սարքեր, որոնք օգտագործվում են լաբորատորիաներում ամբողջ աշխարհում: 1960-ականներին ստեղծվել են գերբարձր լարման մանրադիտակներ ավելի հաստ նմուշների ուսումնասիրության համար: Առաջատարը Այս ուղղությամբ էր Գ. Դյուպեյը Ֆրանսիայում, որտեղ 1970 թվականին շահագործման է հանձնվել 3,5 միլիոն վոլտ արագացնող լարման սարքը: RTM-ը հայտնագործվել է Գ. RTM Binnig-ը և Rohrer-ը (Ռուսկայի հետ միաժամանակ) ստացել են ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ։
տես նաեւ«Էլեկտրոնային մանրադիտակ. թաղանթ» առարկայի բովանդակության աղյուսակ.
Էլեկտրոնային մանրադիտակներհայտնվել է 1930-ականներին և լայն տարածում գտավ 1950-ականներին։
Նկարը ցույց է տալիս ժամանակակից փոխանցման տուփ (կիսաթափանցիկ) էլեկտրոնային մանրադիտակ, և նկարը ցույց է տալիս այս մանրադիտակի էլեկտրոնային ճառագայթի ուղին: Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակում էլեկտրոնները անցնում են նմուշի միջով նախքան պատկեր ստեղծելը: Նման էլեկտրոնային մանրադիտակը կառուցվել է նախ:
Էլեկտրոնային մանրադիտակշրջվել է լուսային մանրադիտակի համեմատ: Ճառագայթումը կիրառվում է վերևից նմուշի վրա, իսկ պատկերը ձևավորվում է ներքևում: Էլեկտրոնային մանրադիտակի աշխատանքի սկզբունքը ըստ էության նույնն է, ինչ լուսային մանրադիտակի սկզբունքը։ Էլեկտրոնային ճառագայթը կոնդենսատոր ոսպնյակների միջոցով ուղղվում է նմուշի վրա, և ստացված պատկերն այնուհետև մեծանում է այլ ոսպնյակների հետ:
Աղյուսակը ամփոփում է լույսի և լույսի որոշ նմանություններ և տարբերություններ էլեկտրոնային մանրադիտակներ... Էլեկտրոնային մանրադիտակի սյունակի վերևում կա էլեկտրոնային աղբյուր՝ վոլֆրամի թելիկ, որը նման է սովորական լամպի մեջ հայտնաբերվածին: Դրա վրա կիրառվում է բարձր լարում (օրինակ՝ 50000 Վ), և թելն արտանետում է էլեկտրոնների հոսք։ Էլեկտրամագնիսները կենտրոնացնում են էլեկտրոնային ճառագայթը:
Սյունակի ներսում ստեղծվում է խորը վակուում։ Սա անհրաժեշտ է ցրվածությունը նվազագույնի հասցնելու համար: էլեկտրոններօդի մասնիկների հետ դրանց բախման պատճառով։ Էլեկտրոնային մանրադիտակով հետազոտության համար կարող են օգտագործվել միայն շատ բարակ հատվածներ կամ մասնիկներ, քանի որ էլեկտրոնային ճառագայթը գրեթե ամբողջությամբ կլանված է ավելի մեծ առարկաների կողմից: Համեմատաբար ավելի մեծ խտություն ունեցող օբյեկտի մասերը կլանում են էլեկտրոնները և, հետևաբար, ստացված պատկերում ավելի մուգ են թվում։ Ծանր մետաղները, ինչպիսիք են կապարը և ուրանը, օգտագործվում են նմուշը ներկելու համար՝ հակադրությունը մեծացնելու համար:
Էլեկտրոններանտեսանելի են մարդու աչքի համար, ուստի դրանք ուղղված են դեպի լյումինեսցենտ, որը վերարտադրում է տեսանելի (սև և սպիտակ) պատկեր: Լուսանկարելու համար էկրանը հանվում է, և էլեկտրոններն ուղղվում են անմիջապես ֆիլմի վրա: Էլեկտրոնային մանրադիտակով արված լուսանկարը կոչվում է էլեկտրոնային միկրոգրաֆ:
Էլեկտրոնային մանրադիտակի առավելությունը:
1) բարձր լուծաչափ (0,5 նմ գործնականում)
Էլեկտրոնային մանրադիտակի թերությունները:
1) հետազոտության համար պատրաստված նյութը պետք է մեռած լինի, քանի որ դիտարկման ընթացքում այն գտնվում է վակուումում.
2) դժվար է վստահ լինել, որ օբյեկտը վերարտադրում է կենդանի բջիջն իր բոլոր մանրամասներով, քանի որ ուսումնասիրվող նյութի ամրագրումը և ներկումը կարող է փոխել կամ վնասել դրա կառուցվածքը.
3) ինքնին էլեկտրոնային մանրադիտակը և դրա սպասարկումը թանկ են.
4) մանրադիտակով աշխատելու համար նյութի պատրաստումը ժամանակատար է և պահանջում է բարձր որակավորում ունեցող անձնակազմ.
5) ուսումնասիրվող նմուշները աստիճանաբար ոչնչացվում են էլեկտրոնային փնջի ազդեցության տակ. Ուստի, եթե պահանջվում է նմուշի մանրամասն ուսումնասիրություն, անհրաժեշտ է լուսանկարել այն։
«Միկրոսկոպ» տերմինը հունական արմատներ ունի։ Այն բաղկացած է երկու բառից, որոնք թարգմանության մեջ նշանակում են «փոքր» և «նայում»: Մանրադիտակի հիմնական դերը դրա օգտագործումն է շատ փոքր առարկաներ ուսումնասիրելիս: Միաժամանակ այս սարքը թույլ է տալիս որոշել անզեն աչքով անտեսանելի մարմինների չափերն ու ձևը, կառուցվածքը և այլ բնութագրերը։
Ստեղծման պատմություն
Պատմության մեջ ստույգ տեղեկություն չկա, թե ով է եղել մանրադիտակի գյուտարարը։ Ըստ որոշ տեղեկությունների՝ այն նախագծվել է 1590 թվականին ակնոցագործ Յանսենի հոր և որդու կողմից։ Մանրադիտակի գյուտարարի կոչման մյուս հավակնորդը Գալիլեո Գալիլեյն է: 1609 թվականին այս գիտնականը Accademia dei Lincei-ում հանրությանը ներկայացրեց գոգավոր և ուռուցիկ ոսպնյակներով սարք։
Տարիների ընթացքում մանրադիտակային օբյեկտների դիտման համակարգը զարգացել և կատարելագործվել է: Նրա պատմության մեջ հսկայական քայլ էր պարզ ախրոմատիկ կարգավորվող երկու ոսպնյակի սարքի գյուտը: Այս համակարգը ներդրվել է հոլանդացի Քրիստիան Հյուգենսի կողմից 1600-ականների վերջին։ Այս գյուտարարի ակնոցները մինչ օրս արտադրվում են: Նրանց միակ թերությունը տեսադաշտի անբավարար լայնությունն է։ Բացի այդ, ժամանակակից գործիքների դիզայնի համեմատ, Հյուգենսի ակնոցները անհարմար դիրք ունեն աչքերի համար։
Մանրադիտակի պատմության մեջ առանձնահատուկ ներդրում է ունեցել նման սարքերի արտադրող Անտոն Վան Լևենհուկը (1632-1723): Հենց նա էլ կենսաբանների ուշադրությունը հրավիրեց այս սարքի վրա։ Leeuwenhoek-ը արտադրում էր փոքր չափի ապրանքներ՝ հագեցած մեկ, բայց շատ ամուր ոսպնյակով: Նման սարքեր օգտագործելը անհարմար էր, բայց դրանք չեն կրկնօրինակում պատկերի թերությունները, որոնք առկա էին բարդ մանրադիտակներում: Գյուտարարները կարողացան շտկել այս թերությունը միայն 150 տարի անց։ Օպտիկայի զարգացմանը զուգընթաց բարելավվել է պատկերի որակը կոմպոզիտային սարքերում։
Մանրադիտակների կատարելագործումը շարունակվում է այսօր։ Այսպիսով, 2006 թվականին Կենսաֆիզիկական քիմիայի ինստիտուտում աշխատող գերմանացի գիտնականներ Մարիանո Բոսսին և Ստեֆան Հելլեն մշակեցին գերժամանակակից օպտիկական մանրադիտակ: Քանի որ 10 նմ փոքր առարկաները դիտելու և եռաչափ բարձրորակ 3D պատկերները կարող էին դիտել, սարքը կոչվեց նանոսկոպ:
Մանրադիտակների դասակարգում
Ներկայումս գոյություն ունի գործիքների լայն տեսականի, որոնք նախատեսված են փոքր առարկաներ դիտելու համար: Նրանք խմբավորված են տարբեր պարամետրերի հիման վրա: Սա կարող է լինել մանրադիտակի նպատակը կամ լուսավորության ընդունված մեթոդը, օպտիկական դիզայնի համար օգտագործվող կառուցվածքը և այլն:
Բայց, որպես կանոն, մանրադիտակների հիմնական տեսակները դասակարգվում են ըստ միկրոմասնիկների լուծույթի մեծության, որոնք կարելի է տեսնել այս համակարգով։ Ըստ այս բաժանման՝ մանրադիտակներն են.
- օպտիկական (թեթև);
- էլեկտրոնային;
- ռենտգեն;
- սկանավորման զոնդ:
Առավել տարածված են լուսային մանրադիտակները։ Դրանց լայն տեսականի կա օպտիկական խանութներում։ Նման սարքերի օգնությամբ լուծվում են կոնկրետ օբյեկտի ուսումնասիրության հիմնական խնդիրները։ Մանրադիտակների մյուս բոլոր տեսակները դասակարգվում են որպես մասնագիտացված: Դրանց օգտագործումը, որպես կանոն, կատարվում է լաբորատոր պայմաններում։
Վերոնշյալ տեսակի սարքերից յուրաքանչյուրն ունի իր ենթատեսակները, որոնք օգտագործվում են որոշակի տարածքում: Բացի այդ, այսօր հնարավոր է գնել դպրոցական մանրադիտակ (կամ կրթական), որը մուտքային մակարդակի համակարգ է։ Սպառողներին առաջարկվում են նաև պրոֆեսիոնալ սարքեր։
Դիմում
Ինչի համար է մանրադիտակը: Մարդու աչքը, լինելով հատուկ կենսաբանական տիպի օպտիկական համակարգ, ունի լուծողականության որոշակի մակարդակ։ Այլ կերպ ասած, դիտարկվող օբյեկտների միջև կա ամենափոքր հեռավորությունը, երբ դրանք դեռ կարելի է տարբերել: Նորմալ աչքի համար այս թույլտվությունը 0,176 մմ է: Բայց կենդանական և բուսական բջիջների, միկրոօրգանիզմների, բյուրեղների, համաձուլվածքների միկրոկառուցվածքի, մետաղների և այլնի չափերը շատ ավելի քիչ են, քան այս արժեքը: Ինչպե՞ս կարելի է ուսումնասիրել և դիտարկել այդպիսի առարկաները: Այստեղ է, որ մարդկանց օգնության են գալիս տարբեր տեսակի մանրադիտակներ։ Օրինակ, օպտիկական սարքերը հնարավորություն են տալիս տարբերակել կառուցվածքները, որոնցում տարրերի միջև հեռավորությունը առնվազն 0,20 մկմ է:
Ինչպե՞ս է աշխատում մանրադիտակը:
Սարքը, որի օգնությամբ մարդու աչքին հասանելի է դառնում մանրադիտակային առարկաների հետազոտությունը, ունի երկու հիմնական տարր. Սրանք են ոսպնյակը և ակնոցը: Մանրադիտակի այս մասերը ամրացված են շարժական խողովակի մեջ, որը գտնվում է մետաղական հիմքի վրա։ Դրա վրա կա նաև առարկայական աղյուսակ:
Մանրադիտակների ժամանակակից տեսակները սովորաբար հագեցած են լուսավորման համակարգով: Սա, մասնավորապես, կոնդենսատոր է ծիածանաթաղանթի դիֆրագմով: Խոշորացույցի պարտադիր ամբողջական հավաքածուն միկրո և մակրոպտուտակներն են, որոնք օգտագործվում են սրությունը կարգավորելու համար։ Մանրադիտակների նախագծումը նախատեսում է նաև համակարգի առկայությունը, որը վերահսկում է կոնդենսատորի դիրքը:
Մասնագիտացված, ավելի բարդ մանրադիտակներում հաճախ օգտագործվում են այլ լրացուցիչ համակարգեր և սարքեր:
Ոսպնյակներ
Մանրադիտակի նկարագրությունը ես կցանկանայի սկսել նրա հիմնական մասերից մեկի մասին պատմվածքով, այսինքն՝ օբյեկտից։ Դրանք բարդ օպտիկական համակարգ են, որը մեծացնում է տվյալ օբյեկտի չափը պատկերի հարթությունում: Ոսպնյակների դիզայնը ներառում է ոչ միայն մեկ ոսպնյակների, այլ նաև երկու-երեք ոսպնյակների մի ամբողջ համակարգ՝ սոսնձված միասին։
Նման օպտիկա-մեխանիկական դիզայնի բարդությունը կախված է այն խնդիրների շրջանակից, որոնք պետք է լուծվեն այս կամ այն սարքի կողմից։ Օրինակ, ամենաբարդ մանրադիտակն ապահովում է մինչև տասնչորս ոսպնյակներ:
Ոսպնյակը ներառում է ճակատային մասը և դրան հաջորդող համակարգերը։ Ինչո՞վ է պայմանավորված ցանկալի որակի պատկեր ստեղծելու, ինչպես նաև գործառնական վիճակը որոշելու համար։ Սա առջևի ոսպնյակն է կամ նրանց համակարգը: Ոսպնյակի հետագա մասերը պահանջվում են անհրաժեշտ խոշորացման, կիզակետային երկարության և պատկերի որակի հասնելու համար: Այնուամենայնիվ, այս գործառույթները հնարավոր են միայն առջևի ոսպնյակի հետ համատեղ: Պետք է նաև ասել, որ հաջորդ մասի դիզայնը ազդում է խողովակի երկարության և սարքի ոսպնյակի բարձրության վրա։
Ակնոցներ
Մանրադիտակի այս մասերը օպտիկական համակարգ են, որոնք նախատեսված են դիտորդի աչքերի ցանցաթաղանթի մակերեսի վրա անհրաժեշտ մանրադիտակային պատկերը կառուցելու համար: Ակնոցները ներառում են ոսպնյակների երկու խումբ: Հետազոտողի աչքին ամենամոտը կոչվում է աչք, իսկ հեռավորը՝ դաշտ (իր օգնությամբ ոսպնյակը կառուցում է ուսումնասիրվող առարկայի պատկերը)։
Լուսավորման համակարգ
Մանրադիտակն ունի դիֆրագմների, հայելիների և ոսպնյակների բարդ կառուցվածք: Նրա օգնությամբ ապահովվում է հետազոտվող օբյեկտի միատեսակ լուսավորություն։ Հենց առաջին մանրադիտակներում այս ֆունկցիան իրականացվել է, քանի որ կատարելագործվել են օպտիկական գործիքները, դրանցում օգտագործվել են նախ հարթ, ապա գոգավոր հայելիներ։
Նման պարզ դետալների օգնությամբ արևի կամ լամպերի ճառագայթներն ուղղվում էին դեպի ուսումնասիրության օբյեկտ։ Ժամանակակից մանրադիտակներն ավելի կատարյալ են։ Այն բաղկացած է կոնդենսատորից և կոլեկտորից։
Թեմայի աղյուսակ
Հետազոտման ենթակա մանրադիտակային նմուշները տեղադրվում են հարթ մակերեսի վրա: Սա թեմայի աղյուսակն է: Տարբեր տեսակի մանրադիտակները կարող են ունենալ տրված մակերես՝ նախագծված այնպես, որ ուսումնասիրության առարկան դիտողի մեջ պտտվի հորիզոնական, ուղղահայաց կամ որոշակի անկյան տակ:
Գործողության սկզբունքը
Առաջին օպտիկական սարքում ոսպնյակների համակարգը ստեղծեց միկրոօբյեկտների հակառակ պատկերը: Սա հնարավորություն տվեց տարբերել նյութի կառուցվածքը և ուսումնասիրության ենթակա ամենափոքր մանրամասները։ Լույսի մանրադիտակի գործողության սկզբունքն այսօր նման է հրակայուն աստղադիտակի սկզբունքին։ Այս սարքում լույսը բեկվում է, երբ այն անցնում է ապակե մասով:
Ինչպե՞ս են ժամանակակից լուսային մանրադիտակները մեծացնում: Այն բանից հետո, երբ լույսի ճառագայթները մտնում են սարքը, դրանք վերածվում են զուգահեռ հոսքի: Միայն դրանից հետո է տեղի ունենում լույսի բեկումը ակնաբույժում, ինչի շնորհիվ մեծանում է մանրադիտակային առարկաների պատկերը։ Ավելին, այս տեղեկատվությունը գալիս է դիտորդի համար անհրաժեշտ ձևով
Լույսի մանրադիտակների ենթատեսակները
Ժամանակակից դասակարգում է.
1. Ըստ բարդության դասի՝ հետազոտական, աշխատանքային և դպրոցական մանրադիտակի համար։
2. Ըստ կիրառման բնագավառի վիրաբուժական, կենսաբանական և տեխնիկական.
3. Արտացոլվող և հաղորդվող լույսի, փուլային շփման, լյումինեսցենտային և բևեռացման սարքերի մանրադիտակի տեսակներով:
4. Լուսավոր հոսքի ուղղությամբ դեպի շրջված և ուղիղ գծեր:
Էլեկտրոնային մանրադիտակներ
Ժամանակի ընթացքում մանրադիտակային առարկաները հետազոտելու համար նախատեսված սարքն ավելի ու ավելի կատարյալ է դարձել։ Հայտնվեցին մանրադիտակների այնպիսի տեսակներ, որոնցում կիրառվեց աշխատանքի բոլորովին այլ սկզբունք, որը կախված չէր լույսի բեկումից։ Նորագույն տիպի սարքերի օգտագործման գործընթացում ներգրավված են էլեկտրոններ։ Նման համակարգերը թույլ են տալիս տեսնել նյութի այնքան փոքր առանձին մասեր, որ լույսի ճառագայթները պարզապես հոսում են դրանց շուրջը։
Ինչի համար է էլեկտրոնային մանրադիտակը: Այն օգտագործվում է մոլեկուլային և ենթաբջջային մակարդակներում բջիջների կառուցվածքն ուսումնասիրելու համար։ Նաև նման սարքերն օգտագործվում են վիրուսներն ուսումնասիրելու համար։
Էլեկտրոնային մանրադիտակի սարք
Ո՞րն է մանրադիտակային առարկաների դիտման նորագույն գործիքների աշխատանքի հիմքը: Ինչպե՞ս է էլեկտրոնային մանրադիտակը տարբերվում թեթևից: Կա՞ն նմանություններ նրանց միջև։
Էլեկտրոնային մանրադիտակի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի հատկությունների վրա։ Նրանց պտտման համաչափությունը ի վիճակի է ապահովելու կենտրոնացման ազդեցություն էլեկտրոնային ճառագայթների վրա: Ելնելով դրանից՝ կարելի է պատասխանել «Ինչո՞վ է էլեկտրոնային մանրադիտակը տարբերվում թեթևից» հարցին։ Դրանում, ի տարբերություն օպտիկական սարքի, ոսպնյակներ չկան։ Նրանց դերը խաղում է համապատասխան հաշվարկված մագնիսական և էլեկտրական դաշտերը: Դրանք ստեղծվում են կծիկների պտույտներով, որոնց միջով անցնում է հոսանքը։ Այս դեպքում նման դաշտերը գործում են նույն կերպ, ընթացիկ ուժի ավելացման կամ նվազման դեպքում սարքի կիզակետային երկարությունը փոխվում է:
Ինչ վերաբերում է սխեմատիկ գծապատկերին, ապա էլեկտրոնային մանրադիտակում այն նման է լուսային սարքի: Միակ տարբերությունն այն է, որ օպտիկական տարրերը փոխարինվում են նմանատիպ էլեկտրականներով։
Էլեկտրոնային մանրադիտակներում առարկայի խոշորացումը տեղի է ունենում ուսումնասիրվող օբյեկտի միջով անցնող լույսի ճառագայթի բեկման գործընթացի շնորհիվ։ Տարբեր անկյուններում ճառագայթներն ընկնում են օբյեկտիվ ոսպնյակի հարթության մեջ, որտեղ տեղի է ունենում նմուշի առաջին խոշորացումը։ Այնուհետև էլեկտրոնները շարժվում են դեպի միջանկյալ ոսպնյակ: Դրանում տեղի է ունենում օբյեկտի չափի մեծացման սահուն փոփոխություն։ Փորձարկման նյութի վերջնական պատկերն ապահովում է պրոյեկցիոն ոսպնյակը: Դրանից պատկերն ընկնում է լյումինեսցենտային էկրանին։
Էլեկտրոնային մանրադիտակների տեսակները
Ժամանակակից տեսակները ներառում են.
1... TEM կամ փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ:Այս կարգավորմամբ, շատ բարակ, մինչև 0,1 մկմ հաստությամբ օբյեկտի պատկերը ձևավորվում է ուսումնասիրվող նյութի հետ էլեկտրոնային ճառագայթի փոխազդեցությունից և դրա հետագա խոշորացումից՝ օբյեկտում տեղակայված մագնիսական ոսպնյակների միջոցով:
2... SEM կամ սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակ:Նման սարքը հնարավորություն է տալիս ստանալ մի քանի նանոմետրի կարգի բարձր լուծաչափով օբյեկտի մակերեսի պատկեր։ Լրացուցիչ մեթոդների կիրառման ժամանակ նման մանրադիտակը տալիս է տեղեկատվություն, որն օգնում է որոշել մերձմակերևութային շերտերի քիմիական բաղադրությունը:
3. Թունելի սկանավորման էլեկտրոնային մանրադիտակ կամ STM:Այս սարքի օգնությամբ չափվում է տարածական բարձր լուծաչափով հաղորդող մակերեսների ռելիեֆը։ STM-ի հետ աշխատելու ընթացքում ուսումնասիրվող օբյեկտին բերվում է սուր մետաղական ասեղ։ Այս դեպքում պահպանվում է ընդամենը մի քանի անգստրոմի հեռավորություն։ Ավելին, ասեղի վրա կիրառվում է փոքր ներուժ, որի պատճառով առաջանում է թունելային հոսանք: Այս դեպքում դիտորդը ստանում է ուսումնասիրվող օբյեկտի եռաչափ պատկերը։
Մանրադիտակ «Լևենգուկ»
2002 թվականին Ամերիկայում հայտնվեց նոր ընկերություն, որը զբաղվում էր օպտիկական գործիքների արտադրությամբ։ Իր արտադրանքի տեսականու ցանկը ներառում է մանրադիտակներ, աստղադիտակներ և հեռադիտակներ: Այս բոլոր սարքերն առանձնանում են պատկերի բարձր որակով։
Ընկերության գլխավոր գրասենյակը և զարգացման բաժինը գտնվում են ԱՄՆ-ում՝ Ֆրեմոնդ քաղաքում (Կալիֆորնիա): Ինչ վերաբերում է արտադրական օբյեկտներին, ապա դրանք գտնվում են Չինաստանում։ Այս ամենի շնորհիվ ընկերությունը շուկան մատակարարում է առաջադեմ և որակյալ ապրանքներ մատչելի գնով։
Ձեզ մանրադիտակ է պետք: Լևենհուկը կառաջարկի պահանջվող տարբերակը։ Ընկերության օպտիկական սարքավորումների տեսականին ներառում է ուսումնասիրվող օբյեկտը մեծացնելու թվային և կենսաբանական սարքեր։ Բացի այդ, գնորդին առաջարկվում են տարբեր գույներով պատրաստված դիզայներական մոդելներ։
Levenhuk մանրադիտակն ունի լայնածավալ ֆունկցիոնալություն: Օրինակ, նախնական մակարդակի կրթական սարքը կարող է միացված լինել համակարգչին, ինչպես նաև կարող է տեսագրել ընթացիկ հետազոտությունները: Levenhuk D2L մոդելը հագեցած է այս ֆունկցիոնալությամբ:
Ընկերությունն առաջարկում է տարբեր մակարդակների կենսաբանական մանրադիտակներ: Սրանք և՛ ավելի պարզ մոդելներ են, և՛ նոր իրեր, որոնք հարմար են պրոֆեսիոնալների համար:
Էլեկտրոնային մանրադիտակի ստեղծման պատմությունը
1931 թվականին Ռ. Ռուդենբերգը ստացավ փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի արտոնագիր, իսկ 1932 թվականին Մ. Նոլը և Է. Ռուսկան կառուցեցին ժամանակակից սարքի առաջին նախատիպը։ Է.Ռուսկիի այս աշխատանքը 1986 թվականին արժանացել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի, որը շնորհվել է նրան և սկանավորող հետախուզման մանրադիտակի գյուտարարներին՝ Գերդ Կառլ Բինիգին և Հենրիխ Ռորերին։ Գիտական հետազոտությունների համար փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի օգտագործումը սկսվել է 1930-ականների վերջին, երբ հայտնվեց Siemens-ի կողմից կառուցված առաջին առևտրային գործիքը։
1930-ականների վերջին - 1940-ականների սկզբին հայտնվեցին առաջին սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակները, որոնք ձևավորեցին օբյեկտի պատկեր, երբ փոքր խաչմերուկային էլեկտրոնային զոնդը հաջորդաբար տեղափոխվեց օբյեկտի վրա: Այս սարքերի զանգվածային օգտագործումը գիտական հետազոտություններում սկսվել է 1960-ական թվականներին, երբ նրանք հասել են զգալի տեխնիկական գերազանցության:
Զարգացման մեջ նշանակալի թռիչք (70-ականներին) թերմիոնիկ կաթոդների փոխարեն Շոտկի կաթոդների և սառը դաշտի արտանետումներով կաթոդների օգտագործումն էր, սակայն դրանց օգտագործումը պահանջում է շատ ավելի մեծ վակուում:
90-ականների վերջին և 2000-ականների սկզբին CCD դետեկտորների համակարգչայինացումն ու օգտագործումը զգալիորեն բարձրացրեց կայունությունը և (համեմատաբար) օգտագործման հեշտությունը:
Վերջին տասնամյակում գնդաձև և քրոմատիկ շեղումների ուղղիչները (որոնք ներկայացնում են ստացված պատկերի հիմնական աղավաղումը) օգտագործվել են ժամանակակից առաջադեմ փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակներում, սակայն դրանց օգտագործումը երբեմն զգալիորեն բարդացնում է սարքի օգտագործումը:
Էլեկտրոնային մանրադիտակների տեսակները
Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ
Կաղապար՝ Բաժին դատարկ
Էլեկտրոնային մանրադիտակի նախնական տեսք: Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակը պատկեր ստեղծելու համար օգտագործում է բարձր էներգիայի էլեկտրոնային ճառագայթ: Էլեկտրոնային ճառագայթը ստեղծվում է կաթոդի միջոցով (վոլֆրամ, LaB 6, Schottky կամ սառը դաշտի արտանետում)։ Ստացված էլեկտրոնային ճառագայթը սովորաբար արագանում է մինչև +200 կՎ (տարբեր լարումներ են օգտագործվում 20 կՎ-ից մինչև 1 մէՎ), կենտրոնանում է էլեկտրաստատիկ ոսպնյակների համակարգով և անցնում նմուշի միջով այնպես, որ դրա մի մասը ցրվում է նմուշի վրա, և մասը չէ. Այսպիսով, նմուշի միջով անցած էլեկտրոնային ճառագայթը տեղեկատվություն է կրում նմուշի կառուցվածքի մասին։ Այնուհետև ճառագայթն անցնում է խոշորացույցի ոսպնյակների համակարգով և պատկեր է կազմում լյումինեսցենտային էկրանի վրա (սովորաբար ցինկ սուլֆիդ), լուսանկարչական ափսեի կամ CCD տեսախցիկի վրա:
TEM լուծումը սահմանափակվում է հիմնականում գնդաձեւ շեղումով: Որոշ ժամանակակից TEM-ներ ունեն գնդաձև շեղման ուղղիչներ:
TEM-ի հիմնական թերությունները շատ բարակ նմուշի անհրաժեշտությունն են (100 նմ կարգի) և ճառագայթի տակ գտնվող նմուշների անկայունությունը (քայքայվելը):
Փոխանցման ռաստեր (սկանավորող) էլեկտրոնային մանրադիտակ (STEM)
Հիմնական հոդված. Փոխանցման սկանավորման էլեկտրոնային մանրադիտակ
Փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի (TEM) տեսակներից մեկը, սակայն, կան սարքեր, որոնք գործում են բացառապես STEM ռեժիմով։ Էլեկտրոնային ճառագայթն անցնում է համեմատաբար բարակ նմուշի միջով, սակայն, ի տարբերություն սովորական փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի, էլեկտրոնային ճառագայթը կենտրոնացած է մի կետի վրա, որը շարժվում է նմուշի վրայով ռաստերի երկայնքով:
Սկանավորող (սկանավորող) էլեկտրոնային մանրադիտակ
Այն հիմնված է նմուշի մակերեսի վրա բարակ էլեկտրոնային փնջի սկանավորման հեռուստատեսային սկզբունքի վրա:
Ցածր լարման էլեկտրոնային մանրադիտակ
Էլեկտրոնային մանրադիտակների կիրառություններ
|
Կիսահաղորդիչներ և տվյալների պահպանում
Կենսաբանություն և կենսաբանություն
|
Գիտական հետազոտություն
Արդյունաբերություն
|
Էլեկտրոնային մանրադիտակների համաշխարհային խոշոր արտադրողները
տես նաեւ
Նշումներ (խմբագրել)
Հղումներ
- 2011 թվականի Էլեկտրոնային մանրադիտակների լավագույն 15 պատկերները Առաջարկվող կայքի պատկերները պատահականորեն գունավորված են և ունեն գեղարվեստական, այլ ոչ թե գիտական արժեք (էլեկտրոնային մանրադիտակները արտադրում են ոչ թե գունավոր, այլ սև և սպիտակ պատկերներ):
Վիքիմեդիա հիմնադրամ. 2010 թ.
Տեսեք, թե ինչ է «Էլեկտրոնային մանրադիտակը» այլ բառարաններում.
Օբյեկտի բազմապատկված (մինչև 106 անգամ) ընդլայնված պատկերը դիտարկելու և լուսանկարելու սարք, որում լույսի ճառագայթների փոխարեն օգտագործվում են մինչև բարձր էներգիաների (30 1000 կՎ և ավելի) արագացած էլեկտրոնների ճառագայթներ խորը վակուումում։ Ֆիզ... Ֆիզիկական հանրագիտարան
Օբյեկտների բազմակի (մինչև 106 անգամ) խոշորացված պատկերները դիտարկելու և լուսանկարելու սարք, որում լուսային ճառագայթների փոխարեն օգտագործվում են էլեկտրոնների ճառագայթներ՝ արագացված մինչև բարձր էներգիաների (30-100 կՎ և ավելի) խորը վակուումում։ Ֆիզ....... Ֆիզիկական հանրագիտարան
Էլեկտրոնային մանրադիտակ- (սխեմա): ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՄԻԿՐՈՍԿՈՊ, վակուումային էլեկտրաօպտիկական սարք՝ օբյեկտների բազմակի (մինչև 106 անգամ) խոշորացված պատկերները դիտելու և լուսանկարելու համար, որոնք ստացվել են մինչև բարձր էներգիաների արագացված էլեկտրոնային ճառագայթների միջոցով: ... Պատկերազարդ հանրագիտարանային բառարան
ԷԼԵԿՏՐՈՆԱԿԱՆ ՄԱՆՐԴՈՍԿՈՊ, ՄԱՆՐԴՈՍԿՈՊ, որը էլեկտրոնների հոսքով «լուսավորում է» ուսումնասիրվող առարկան։ Սովորական ոսպնյակների փոխարեն այն պարունակում է մագնիսներ, որոնք կենտրոնացնում են էլեկտրոնային ճառագայթը: Այս սարքը թույլ է տալիս տեսնել շատ փոքր չափերի առարկաներ, քանի որ ... ... Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան
Ուսումնասիրել օպտիկական մանրադիտակների լուծաչափման նանո օբյեկտները ( նույնիսկ օգտագործելով ուլտրամանուշակագույն) ակնհայտորեն բավարար չէ: Այս առումով 1930-ական թթ. գաղափարն առաջացավ օգտագործել լույսի էլեկտրոնների փոխարեն, որոնց ալիքի երկարությունը, ինչպես քվանտային ֆիզիկայից գիտենք, հարյուրավոր անգամ ավելի կարճ է, քան ֆոտոնինը։
Ինչպես գիտեք, մեր տեսլականը հիմնված է աչքի ցանցաթաղանթի վրա օբյեկտի պատկերի ձևավորման վրա՝ այս առարկայից արտացոլվող լուսային ալիքների միջոցով: Եթե մինչև աչքի մեջ լույսը անցնում է օպտիկական համակարգով մանրադիտակ, մենք տեսնում ենք մեծացված պատկեր։ Այս դեպքում լույսի ճառագայթների ընթացքը հմտորեն կառավարվում է ոսպնյակների միջոցով, որոնք կազմում են սարքի օբյեկտը և ակնոցը:
Բայց ինչպե՞ս կարելի է ստանալ օբյեկտի պատկեր, այն էլ շատ ավելի բարձր լուծաչափով, օգտագործելով ոչ թե լույսի ճառագայթումը, այլ էլեկտրոնների հոսքը: Այսինքն՝ ինչպե՞ս է հնարավոր տեսնել առարկաներ՝ հիմնված ոչ թե ալիքների, այլ մասնիկների օգտագործման վրա։
Պատասխանը շատ պարզ է. Հայտնի է, որ էլեկտրոնների հետագծի և արագության վրա էականորեն ազդում են արտաքին էլեկտրամագնիսական դաշտերը, որոնց օգնությամբ հնարավոր է արդյունավետ կառավարել էլեկտրոնների շարժումը։
Էլեկտրոնների շարժման գիտությունը էլեկտրամագնիսական դաշտերում և անհրաժեշտ դաշտերը կազմող սարքերի հաշվարկը կոչվում է. էլեկտրոնային օպտիկա.
Էլեկտրոնային պատկերը ձևավորվում է էլեկտրական և մագնիսական դաշտերով, ճիշտ այնպես, ինչպես լուսային պատկերը ձևավորվում է օպտիկական ոսպնյակների միջոցով: Հետևաբար, էլեկտրոնային մանրադիտակում էլեկտրոնային ճառագայթը կենտրոնացնելու և ցրելու սարքերը կոչվում են « էլեկտրոնային ոսպնյակներ”.
Էլեկտրոնային ոսպնյակներ. Կծիկի լարերի պտույտները, որոնց միջով հոսում է հոսանքը, կենտրոնացնում են էլեկտրոնային ճառագայթը այնպես, ինչպես ապակե ոսպնյակը կենտրոնացնում է լույսի ճառագայթը:
Կծիկի մագնիսական դաշտը հանդես է գալիս որպես համընկնող կամ ցրող ոսպնյակ: Մագնիսական դաշտը կենտրոնացնելու համար կծիկը փակվում է մագնիսական « զրահ»Պատրաստված է հատուկ նիկել-կոբալտ համաձուլվածքից՝ ինտերիերում թողնելով միայն նեղ բացվածք: Այս կերպ ստեղծված մագնիսական դաշտը կարող է 10-100 հազար անգամ ավելի ուժեղ լինել, քան Երկրի մագնիսական դաշտը։
Ցավոք սրտի, մեր աչքերը չեն կարող ուղղակիորեն ընկալել էլեկտրոնային ճառագայթները: Հետևաբար, դրանք օգտագործվում են « նկարչություն«Պատկերներ լյումինեսցենտային էկրանների վրա (որոնք փայլում են, երբ էլեկտրոնները հարվածում են): Ի դեպ, նույն սկզբունքն է ընկած մոնիտորների և օսցիլոգրաֆների աշխատանքի հիմքում։
Կան շատ տարբեր էլեկտրոնային մանրադիտակների տեսակները, որոնց թվում ամենատարածվածը սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակն է (SEM): Մենք ստանում ենք դրա պարզեցված գծապատկերը, եթե ուսումնասիրվող առարկան տեղադրենք սովորական հեռուստացույցի կաթոդային խողովակի ներսում՝ էկրանի և էլեկտրոնի աղբյուրի միջև։
Նման մանրադիտակԷլեկտրոնների բարակ փնջը (ճառագայթի տրամագիծը մոտ 10 նմ) անցնում է նմուշի շուրջը (կարծես սկանավորում է) հորիզոնական գծերի երկայնքով կետ առ կետ և սինխրոն ազդանշանը փոխանցում է կինեսկոպին: Ամբողջ գործընթացը նման է հեռուստացույցի աշխատանքին ավլման գործընթացում: Էլեկտրոնների աղբյուրը մետաղն է (սովորաբար վոլֆրամ), որից էլեկտրոններ արտանետվում են ջերմային արտանետման արդյունքում՝ տաքացնելիս։
Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի աշխատանքի սխեման
Թերմիոնային արտանետում- էլեկտրոնների ելքը հաղորդիչների մակերեւույթից. Արտանետվող էլեկտրոնների թիվը փոքր է T = 300 K-ում և աճում է էքսպոնենցիալ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:
Երբ էլեկտրոնները անցնում են նմուշի միջով, դրանց մի մասը ցրվում է նմուշի ատոմների միջուկների հետ բախումների պատճառով, մյուսները՝ ատոմների էլեկտրոնների հետ բախումների, իսկ մյուսներն անցնում են դրա միջով։ Որոշ դեպքերում արտանետվում են երկրորդական էլեկտրոններ, առաջանում են ռենտգենյան ճառագայթներ և այլն։ Այս բոլոր գործընթացները գրանցվում են հատուկ դետեկտորներիսկ վերափոխված տեսքով ցուցադրվում են էկրանին՝ ստեղծելով ուսումնասիրվող օբյեկտի ընդլայնված պատկերը։
Խոշորացումն այս դեպքում հասկացվում է որպես էկրանի վրա պատկերի չափի հարաբերակցությունը նմուշի վրա գտնվող ճառագայթով ծածկված տարածքի չափին: Շնորհիվ այն բանի, որ էլեկտրոնի ալիքի երկարությունը մեծության կարգերով ավելի կարճ է, քան ֆոտոնինը, ժամանակակից SEM-ում այս աճը կարող է հասնել 10 միլիոն15-ի, որը համապատասխանում է մի քանի նանոմետրի թույլատրելիությանը, ինչը հնարավորություն է տալիս պատկերացնել առանձին ատոմներ:
Հիմնական թերությունը էլեկտրոնային մանրադիտակ- լիարժեք վակուումում աշխատելու անհրաժեշտություն, քանի որ մանրադիտակի խցիկի ներսում ցանկացած գազի առկայությունը կարող է հանգեցնել նրա ատոմների իոնացման և զգալիորեն խեղաթյուրել արդյունքները: Բացի այդ, էլեկտրոնները կործանարար ազդեցություն ունեն կենսաբանական օբյեկտների վրա, ինչը նրանց դարձնում է անկիրառելի կենսատեխնոլոգիայի բազմաթիվ ոլորտներում հետազոտությունների համար:
Ստեղծման պատմություն էլեկտրոնային մանրադիտակՄիջդիսցիպլինար մոտեցման վրա հիմնված ձեռքբերումների ուշագրավ օրինակ է, երբ գիտության և տեխնոլոգիայի ոլորտներն ինքնուրույն զարգացնելով, միավորվելով, ստեղծեցին գիտական հետազոտությունների համար հզոր նոր գործիք:
Դասական ֆիզիկայի գագաթնակետը էլեկտրամագնիսական դաշտի տեսությունն էր, որը բացատրում էր լույսի, էլեկտրականության և մագնիսականության տարածումը որպես էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածում։ Ալիքային օպտիկան բացատրում էր դիֆրակցիայի երևույթը, պատկերման մեխանիզմը և գործոնների խաղը, որոնք որոշում են լուծումը լուսային մանրադիտակում: Հաջողություն քվանտային ֆիզիկաՄենք պարտական ենք էլեկտրոնի հայտնաբերմանը իր հատուկ կորպուսուլյար ալիքային հատկություններով: Զարգացման այս առանձին և անկախ թվացող ուղիները հանգեցրին էլեկտրոնային օպտիկայի ստեղծմանը, որի կարևորագույն գյուտերից մեկը 1930-ականներին էլեկտրոնային մանրադիտակն էր։
Սակայն գիտնականները սրան էլ չեն հանգստացել։ Էլեկտրական դաշտի կողմից արագացված էլեկտրոնի ալիքի երկարությունը մի քանի նանոմետր է։ Սա լավ է, եթե մենք ուզում ենք տեսնել մոլեկուլ կամ նույնիսկ ատոմային ցանց: Բայց ինչպե՞ս նայել ատոմի ներսում: Ինչպիսի՞ն է քիմիական կապը: Ինչպիսի՞ն է մեկ քիմիական ռեակցիայի գործընթացը: Դրա համար այսօր տարբեր երկրների գիտնականները նեյտրոնային մանրադիտակներ են մշակում։
Նեյտրոնները սովորաբար մտնում են ատոմային միջուկներում պրոտոնների հետ միասին և ունեն էլեկտրոնի զանգվածից գրեթե 2000 անգամ։ Նրանք, ովքեր չեն մոռացել քվանտային գլխից դե Բրոյլի բանաձևը, անմիջապես կհասկանան, որ նեյտրոնի ալիքի երկարությունը նույնքան փոքր է, այսինքն՝ այն պիկոմետր է նանոմետրի հազարերորդականում: Այդ ժամանակ ատոմը հետազոտողներին կհայտնվի ոչ թե որպես անորոշ կետ, այլ իր ողջ փառքով։
Նեյտրոն մանրադիտակունի բազմաթիվ առավելություններ. մասնավորապես, նեյտրոնները լավ արտացոլում են ջրածնի ատոմները և հեշտությամբ թափանցում նմուշների հաստ շերտեր: Այնուամենայնիվ, այն կառուցելը շատ դժվար է. նեյտրոնները չունեն էլեկտրական լիցք, հետևաբար նրանք հանգիստ անտեսում են մագնիսական և էլեկտրական դաշտերը և ձգտում են խուսափել սենսորներից: Բացի այդ, հեշտ չէ ատոմներից խոշոր, մեծ նեյտրոններ հեռացնելը: Հետևաբար, այսօր նեյտրոնային մանրադիտակի առաջին նախատիպերը դեռ շատ հեռու են կատարյալ լինելուց: