ELEKTRON MİKROSKOPLARI NASIL ÇALIŞIR?

Günümüzde en fazla dikkat çeken cihazların başında gelen elektron mikroskopları nasıl çalışır ve mükemmel görüntüler elde edilir. Gelin önce elektron mikroskobu ile ışık mikroskobu arasındaki farka bakalım.

Elektron Mikroskobuna Karşı Işık Mikroskobu

Sınıfta veya fen laboratuarında bulabileceğiniz normal mikroskop türü optik bir mikroskoptur. Bir optik mikroskop, görüntüyü 2000x’e (genellikle daha az) büyütmek için ışık kullanır ve yaklaşık 200 nanometre çözünürlüğe sahiptir. Diğer taraftan, bir elektron mikroskobu, görüntüyü oluşturmak için ışıktan çok bir elektron demeti kullanır. Bir elektron mikroskobunun büyütmesi, 50 pikometre (0.05 nanometre) çözünürlüğü ile, 10.000.000x kadar yüksek olabilir.

Avantaj ve dezavantajları

Bir optik mikroskoba göre elektron mikroskobu kullanmanın avantajları, çok daha yüksek büyütme oranı ve çözme gücüdür. Dezavantajları ise ekipmanın maliyeti, görüntüleme için numune hazırlamak, mikroskobu kullanmak için özel olarak eğitim almış uzman ihtiyacı olarak belirtilebilir.

Elektron Mikroskobu Nasıl Çalışır?

Bir elektron mikroskobunun nasıl çalıştını anlamanın en kolay yolu, onu sıradan bir ışık mikroskobu ile karşılaştırmaktır. Optik bir mikroskopta, bir örneğin büyütülmüş görüntüsünü görmek için bir göz merceğine ve merceğe bakarsınız. Optik mikroskop genel olarak, bir örnek, lensler, bir ışık kaynağı ve görebileceğiniz bir görüntüden oluşur.Bir elektron mikroskobunda, bir elektron ışını ışık ışınının yerini alır. Numunenin özel olarak hazırlanması gerekir, böylece elektronlar onunla etkileşime girebilir. Numune odasının içindeki hava vakum oluşturmak için dışarı pompalanır, çünkü elektronlar bir gaz içinde uzaklaşamaz. Lenslerin yerine, elektromanyetik bobinler elektron ışınını odaklar. Elektromıknatıslar, elektron ışınını merceklerin ışığı büktüğü gibi bükmektedir. Görüntü elektronlar tarafından üretilir, bu nedenle fotoğraf çekerek (elektron mikrografı) veya numuneyi monitörden izleyerek izlenir.Görüntünün nasıl oluştuğuna, numunenin nasıl hazırlandığına ve görüntünün çözünürlüğüne göre farklılık gösteren üç ana elektron mikroskobu türü vardır. Bunlar transmisyon elektron mikroskobu (TEM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve taramalı tünelleme mikroskopisidir (STM).

Transmisyon elektron mikroskobu (TEM)

İlk icat edilen elektron mikroskopları, transmisyon elektron mikroskoplarıydı. TEM’de, yüksek voltajlı bir elektron ışını kısmen bir fotografik plaka, sensör veya floresan ekran üzerinde bir görüntü oluşturmak için çok ince bir numuneden geçirilir. Oluşan görüntü, bir röntgen gibi iki boyutlu ve siyah beyazdır. Tekniğin avantajı çok yüksek büyütme ve çözünürlük yeteneğine sahip olmasıdır (SEM’den daha iyi bir büyüklük sırası). En önemli dezavantajı, en iyi şekilde görüntü alabilmek için çok ince numunelerle çalışmalıdır.

Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)

Taramalı elektron mikroskopisinde, elektron demeti bir piksel düzeninde bir numunenin yüzeyi boyunca taranır. Görüntü, numune elektron ışını tarafından uyarıldığında yüzeyden yayılan ikincil elektronlardan oluşur. Detektör elektron sinyallerini haritalayarak, yüzey yapısına ek olarak alan derinliğini gösteren bir görüntü oluşturur. Çözünürlük TEM’den daha düşük olsa da, SEM iki büyük avantaj sunar. İlk önce, bir örneğin üç boyutlu görüntüsünü oluşturur. İkincisi, sadece yüzey tarandığından, daha kalın numunelerde kullanılabilir.Hem TEM hem de SEM’de numune görüntüsünün kesin bir temsili olmadığını anlamak önemlidir.

Taramalı Tünelleme Mikroskobu (STM)

 Taramalı tünelleme mikroskobu (STM), atomik seviyede yüzeyleri görüntüler. Tek tek atomları görüntüleyebilen tek elektron mikroskobu türüdür. Çözünürlük yaklaşık 0.01 nanometre derinliğe sahip, yaklaşık 0.1 nanometredir. STM sadece vakumda değil, hava, su ve diğer gaz ve sıvılarda da kullanılabilir. Mutlak sıfırdan 1000 ° C’ye kadar geniş bir sıcaklık aralığında kullanılabilir.STM’nin çalışma prensibi kuantum tünellemesine dayanır. Numune yüzeyinin yanına elektrikli bir iletken uç getirilir. Bir voltaj farkı uygulandığında, elektronlar uç ile numune arasında tünel açabilir. Uç akımındaki değişiklik, bir görüntü oluşturmak için numune boyunca taranırken ölçülür. Diğer elektron mikroskobu türlerinden farklı olarak, cihaz uygun fiyatlı ve kolayca üretilebilir. Bununla birlikte, STM son derece temiz örnekler gerektirir ve bundan dolayı çalışmadan verim almak güç olabilir.Taramalı tünelleme mikroskobunun geliştirilmesi dolayısıyla Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer’i 1986 Nobel Fizik Ödülü kazanmışlardır.

Çeviri: Labpoint Türkiye (www.thoughtco.com)