Электронный микроскоп

Радикальный путь увеличения разрешающей способности лежит уже за пределами оптики – это электронная микроскопия.

Известно, что при определенных условиях электрон и другие микрочастицы проявляют волновые свойства. Яркий пример подобного рода – дифракция электронов, наблюдавшаяся Дэвиссоном и Дкермером в 1927 г. Длина волны электрона, называемая де-бройлевской длиной волны, зависит от энергии, и уже при энергиях в несколько электрон-вольт становится на несколько порядков меньше длины волны видимого света. Возникла идея построить микроскоп, в котором вместо видимого света использовались бы электронные волны. Поскольку электроны имеют очень малую длину волны, такой микроскоп мог бы иметь чрезвычайно высокую разрешающую способность. Реализация этой идеи и привела к созданию электронного микроскопа.

Оценим разрешающую способность электронного микроскопа. Будем считать, что как и в случае оптического микроскопа, она определяется формулой d _min = l, где под l следует теперь понимать де-бройлевскую длину волны электрона.

Рассмотрим для простоты нерелятивистский электрон, т.е. электрон, скорость которого значительно меньше скорости света, В этом случае импульс P и кинетическая энергия W электрона выражаются формулами , ,а де-бройлевская длина волны ,

где h – постоянная Планка, m – масса электрона, – его скорость. Сделаем численную оценку. Полагая W = 100 эВ получим см/с и .

Таким образом, согласно нашей оценке, разрешающая способность электронного микроскопа на 3-4 порядка выше, нем у оптического микроскопа.

На практике современные электронные микроскопы позволяют достичь разрешающей способности порядка (1-10)Å при энергиях электронов (10⁴-10⁵) эВ. При микроскопии твёрдых тел это дает возможность наблюдать группы атомов или даже отдельные атомы.

Р и с. 4.45 К оценке разрешающей способности телескопа