Instrument de microscope électronique

Microscope électronique, microscope qui atteint une résolution extrêmement élevée en utilisant un faisceau d'électrons au lieu d'un faisceau de lumière pour éclairer l'objet d'étude.

métallurgie: microscopie électronique

De grands progrès ont été accomplis dans l'utilisation de faisceaux d'électrons énergétiques finement focalisés pour examiner les métaux. Microscope électronique s

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Histoire

Des recherches fondamentales menées par de nombreux physiciens au cours du premier quart du XXe siècle ont suggéré que les rayons cathodiques (c'est-à-dire les électrons) pourraient être utilisés d'une manière ou d'une autre pour augmenter la résolution du microscope. Le physicien français Louis de Broglie a ouvert la voie en 1924 en suggérant que les faisceaux d'électrons pouvaient être considérés comme une forme de mouvement des vagues. De Broglie a dérivé la formule de leur longueur d'onde, qui a montré que, par exemple, pour les électrons accélérés de 60 000 volts (ou 60 kilovolts [k]), la longueur d'onde effective serait de 0,05 angström (Å) - soit 1/100 000 de celle du vert lumière. Si de telles ondes pouvaient être utilisées dans un microscope, il en résulterait une augmentation considérable de la résolution. En 1926, il a été démontré que les champs magnétiques ou électrostatiques pouvaient servir de lentilles pour des électrons ou d'autres particules chargées. Cette découverte a initié l'étude de l'optique électronique et, en 1931, les ingénieurs électriciens allemands Max Knoll et Ernst Ruska avaient conçu un microscope électronique à deux lentilles qui produisait des images de la source d'électrons. En 1933, un microscope électronique primitif a été construit qui imagé un échantillon plutôt que la source d'électrons, et en 1935 Knoll a produit une image numérisée d'une surface solide. La résolution du microscope optique a rapidement été dépassée.

Le physicien allemand Manfred, Freiherr (baron) von Ardenne et l'ingénieur électronique britannique Charles Oatley ont jeté les bases de la microscopie électronique à transmission (dans laquelle le faisceau d'électrons parcourt l'échantillon) et de la microscopie électronique à balayage (dans laquelle le faisceau d'électrons s'éjecte de l'échantillon autre électrons qui sont ensuite analysés), qui sont notamment enregistrés dans le livre d'Ardenne Elektronen-Übermikroskopie (1940). De nouveaux progrès dans la construction de microscopes électroniques ont été retardés pendant la Seconde Guerre mondiale, mais ont reçu un élan en 1946 avec l'invention du stigmateur, qui compense l'astigmatisme de la lentille de l'objectif, après quoi la production est devenue plus répandue.

Le microscope électronique à transmission (MET) peut imager des échantillons jusqu'à 1 micromètre d'épaisseur. Les microscopes électroniques à haute tension sont similaires aux MET mais fonctionnent à des tensions beaucoup plus élevées. Le microscope électronique à balayage (MEB), dans lequel un faisceau d'électrons est balayé sur la surface d'un objet solide, est utilisé pour construire une image des détails de la structure de la surface. Le microscope électronique à balayage environnemental (ESEM) peut générer une image numérisée d'un spécimen dans une atmosphère, contrairement au SEM, et se prête à l'étude de spécimens humides, y compris certains organismes vivants.

Des combinaisons de techniques ont donné naissance au microscope électronique à transmission à balayage (STEM), qui combine les méthodes de TEM et SEM, et au microanalyseur à sonde électronique, ou analyseur de microsonde, qui permet une analyse chimique de la composition des matériaux à effectuer à l'aide de le faisceau d'électrons incident pour exciter l'émission de rayons X caractéristiques par les éléments chimiques de l'échantillon. Ces rayons X sont détectés et analysés par des spectromètres intégrés à l'instrument. Les analyseurs à microsonde sont capables de produire une image à balayage électronique afin que la structure et la composition puissent être facilement corrélées.

Un autre type de microscope électronique est le microscope à émission de champ, dans lequel un fort champ électrique est utilisé pour attirer les électrons d'un fil monté dans un tube à rayons cathodiques.