Створення просвічуючого електронного мікроскопа

Активне використання просвічуючих електронних мікроскопів (ПЕМ) розпочалося у 60-х роках ХХ століття. Це було обумовлено основними двома причинами. По-перше, модернізацією існуючих електронних мікроскопів, стандартні зразки яких працювали при прискорюючій напрузі до 100 кВ та забезпечували роздільну здатність до 0,5-1 нм. По-друге, розвитком та вдосконаленням методів препарування об’єктів. Просвічуюча електронна мікроскопія є сьогодні одним із потужних методів дослідження, який плідно використовується у фізиці, хімії, матеріалознавстві, біології, медицині, техніці.

Створення просвічуючого електронного мікроскопа стало можливим завдяки завершенню ряду експериментальних та теоретичних досліджень у фізиці, а саме:

- відкриття Дж. Томсоном у 1897 р. явища відхилення електронного пучка магнітним та електричним полями.;

- визначення заряду та маси електрона Міллікеном у 1913 р.;

- встановлення залежності маси електрона від його швидкості, що було отримано Кауфманом у 1901 р., Ейнштейном у 1905 р. та Лоренцом у 1916 р.;

- створення хвильової теорії матерії де Бройлем у 1924 р.;

- відкриття дифракції повільних (Девіссон і Джермер) та швидких (Томсон і Рейд) електронів у 1927 р.;

- створення магнітної лінзи Бушем у 1926 р.

Таким чином, до 30-х років ХХ століття була закладена фундаментальна база для створення електронного мікроскопа. І у 1931р. німецькі інженери Кноль та Руска розробили, починаючи з 1928 року, перший електронний мікроскоп із магнітними лінзами, що забезпечував збільшення у 17 крат.

Перші промислові мікроскопи почали випускатися у США фірмою "Radio Corporation of America" (розробка Хільге та Бартона) та у Німеччині фірмою "Simens" (розробка Борисса та Руски). Вони давали роздільну здатність 2 нм.

Перший радянський мікроскоп був створений у 1946 році групою вчених під керівництвом Лебедєва та Верцлера (Державний оптичний інститут ЛОМО). З 1948 до 1950 року було випущено 432 мікроскопи ЕМ-3 Красногорським електромеханічним заводом. У 1957 році розпочали будувати завод електронних мікроскопів у Сумах, на якому в 1959 р. був випущений перший ізотопний мас-спектрометр МІ-1205 і розпочався випуск мікроскопа ЕМ-5.

Назвемо деякі важливі моменти у розвитку електронної мікроскопії:

- 1956 рік. Ментер публікує зображення, яке відповідає кристалографічним площинам фтальцианіду платини (1,2 нм).

- 1957 рік. Бассед та Ментер отримують зображення міжатомної відстані 0,693 нм у MoO₃.

- 1961 рік. Хашімото спостерігає зображення атомів у плівці золота товщиною 19 нм при прискорюючій напрузі 100 кВ.

- 1962 рік. Доуелл отримав зображення міжатомних відстаней 0,32 нм.

- 1965-1966 роки. Співробітники фірми “Джепен електрооптик” на приладі JЕМ-7 отримали зображення з міжатомною відстанню 0,18 нм.

Більшість приладів використовують для дослідження деталей, розміри яких більше міжатомної відстані. А для вимірювання відстаней на рівні міжатомних використовують не прямі спостереження, а дифракційні методи, які набагато точніші. Для цього використовують прилади, що називаються електронографами, або мікроскопи у режимі дифракції.

На завершення потрібно відмітити, що, крім магнітних електронних мікроскопів, існує ряд менш поширених типів мікроскопів, такі як: електростатичні, відбиваючі, емісійні, мікроскопи-проектори, надвисоковольтні електронні мікроскопи з прискорювальною напругою 10⁶ В.

Зараз у світі до випуску мікроскопів або їх окремих вузлів причетні близько 90 фірм. Найбільш широко використовуються ПЕМ таких фірм: Джеол, Хітачі (Японія); Філіпс (Голландія); Темскан (США); АВТ і Лео (Евросоюз); Сіменс (Німеччина); Селмі (Україна); Тесла (Чехія).