Atomu mikroskopa optiskā mikroskopa attēlveidošanas principa līdzības un atšķirības
Balstoties uz elektronu optikas koncepciju, elektronu mikroskops ir ierīce, kas vizualizē vielu sarežģītās detaļas ārkārtīgi lielā palielinājumā, izmantojot elektronu starus un elektronu lēcas, nevis gaismas starus un optiskās lēcas.
Īsākais attālums, ko elektronu mikroskops var savienot starp diviem blakus esošajiem punktiem, tiek izmantots, lai aprakstītu tā izšķirtspēju. Transmisijas elektronu mikroskopu izšķirtspēja 1970s bija aptuveni 0,3 nanometri (cilvēka acs izšķirtspēja ir aptuveni 0,1 milimetrs). Tagad, kad elektronu mikroskopa maksimālais palielinājums pārsniedz 3 miljonus reižu, salīdzinot ar optiskā mikroskopa maksimālo palielinājumu tikai aptuveni 2000 reižu, ir iespējams tieši novērot dažu smago metālu atomus un sakārtotos atomu režģus kristālos, izmantojot elektronu mikroskopu.
Kad vācu zinātnieki Knorr-Bremse un Ruska 1931. gadā pārveidoja augstsprieguma osciloskopu ar aukstā katoda izlādes elektronu avotu un trīs elektronu lēcām, viņi spēja iegūt attēlu, kas tika palielināts vairāk nekā desmit reizes, apstiprinot palielinātas attēlveidošanas dzīvotspēju. izmantojot elektronu mikroskopu. Pēc Ruska sasniegumiem elektronu mikroskopa izšķirtspēja 1932. gadā sasniedza 50 nanometrus, kas ir gandrīz 10 reizes lielāka nekā tajā laikā optiskajam mikroskopam. Tā rezultātā cilvēki sāka pievērst lielāku uzmanību elektronu mikroskopam.
Lai labotu elektronu lēcas rotācijas asimetriju, Hils Amerikas Savienotajās Valstīs izmantoja astigmatizatoru 194 0s. Šis jauninājums palīdzēja elektronu mikroskopa izšķirtspējai attīstīties un galu galā sasniegt mūsdienu līmeni. 1958. gadā Ķīnā tika veiksmīgi izveidots transmisijas elektronu mikroskops ar 3 nanometru izšķirtspēju, bet 1979. gadā tur tika ražots liels elektronu mikroskops ar 0,3 nanometru izšķirtspēju.
Lai gan elektronu mikroskopa izšķirtspēja ir daudz lielāka nekā optiskā mikroskopa izšķirtspēja, ir sarežģīti novērot dzīvās būtnes, jo elektronu mikroskopam jādarbojas vakuumā un elektronu stara apstarošana radīs radiācijas bojājumus bioloģiskajiem paraugiem. Ir arī jāturpina pētīt, kā cita starpā uzlabot elektronu lielgabala spilgtumu un elektronu lēcas kalibru.
Būtisks elektronu mikroskopijas mērs ir izšķirtspēja, kas ir atkarīga no krītošā konusa leņķa un elektronu stara viļņa garuma, kad tas iet caur materiālu. Kamēr elektronu staru viļņa garums ir korelēts ar paātrinājuma spriegumu, redzamās gaismas viļņa garums svārstās no 300 līdz 700 nanometriem. Elektronu stara viļņa garums ir aptuveni 0,0053–0,0037 nanometri, ja paātrinājuma spriegums ir 50–100 kV. Pat ja elektronu stara konusa leņķis ir tikai 1 procents no optiskā mikroskopa leņķa, elektronu mikroskopa izšķirtspēja joprojām ir ievērojami lielāka nekā optiskā mikroskopa izšķirtspēja, jo elektronu stara viļņa garums ir daudz īsāks par viļņa garumu. no redzamās gaismas.
