Download Microscopio electrónico

Microscopio electrónico
García René
Quiroz Samuel
¿Qué es?
• Tipo de microscopio que utiliza un haz de
electrones para crear una imagen del
espécimen u objetivo.
• Principios de funcionamiento: naturaleza del
electrón, efecto fotoeléctrico, campos
magnéticos.
¿Cómo lo hace?
Brevemente
• Utiliza lentes electrostáticos y
electromagnéticos para controlar el haz de
electrones y enfocarlo para formar una
imagen.
• Estas lentes ópticas de electrones
(magnéticas) son análogas a las lentes de
vidrio de un microscopio óptico de luz.
Línea del tiempo
Eventos que permitieron la creación del
microscopio electrónico:
• Hertz: los rayos catódicos eran una forma de
movimiento de onda
• Weichert (1899): descubre que estos rayos
pueden ser concentrados en un punto
pequeño mediante el uso de un campo
magnético axial producido por un largo
solenoide.
Línea del tiempo
• Busch (1926): demuestra teóricamente que n
solenoide corto converge el haz de electrones
de la misma forma que un vidrio puede
converger la luz del sol.
• Busch=>el padre de la óptica electrónica.
Línea del tiempo
• Ernst Ruska/Maximillion
Knoll(1931): tuvieron éxito en
magnificar una imagen
electrónica.
• Ruska (1933): construye el primer
prototipo con una resolución de
50nm (50x10^-9).
Maximillion
Knoll
Ernst Ruska
Image by Electron
Microscope Deutsches
Museum
¿Qué puede medir?
Transmission Electron Microscope
[TEM]
• Forma original de la microscopía con
electrones.
• Involucra un haz de electrones de alto voltaje
emitido por el cátodo y formado por las lentes
magnéticas.
Componentes TEM
Image by
Graham Colm
¿Cómo funciona?
• Se transmite un haz de electrones hacia la muestra.
• El haz de electrones atraviesa parcialmente la muestra, este
haz que logra pasar lleva información de la estructura de la
muestra.
• La variación espacial de la imagen es magnificada por una
serie de lentes magnéticas.
• Posteriormente es grabada al chocar con una pantalla
fluorescente, una película fotográfica o un sensor de luz como
una cámara CCD (charge-coupled device).
• La imagen captada por el CCD puede ser mostrada en tiempo
real en un monitor o computadora.
Resolución TEM
• Produce imágenes en dos dimensiones en blanco y negro.
• Su resolución está limitada por aberraciones esféricas y
cromáticas.
• Uso de correctores de aberración y de software.
• Logra producir imágenes con suficiente resolución como para
mostrar átomos de carbón en un diamante con una
separación de 0.089nm.
• Logra producir imágenes con suficiente resolución como para
mostrar los átomos de silicio a 0.078nm.
Aplicaciones
• Investigación y desarrollo de nanotecnología:
– Determinación de las posiciones de los átomos en
distintos materiales.
– Desarrollo de dispositivos semiconductores para
electrónica y fotónica.
– Tomografía 3-D: Toma sucesiva de imágenes de la
muestra a distintos ángulos.
Scanning Electron Microscope
[SEM]
• El funcionamiento del SEM depende de las interacciones de
los electrones en la superficie de la muestra.
• Funciona bajo el principio de escanear el haz de electrones
secundario de la muestra, los cuales son emitidos desde la
superficie de la muestra debido a la excitación provocada por
un haz de electrones primario, el cual es generado por el
microscopio.
Componentes del SEM
Componentes del SEM
• Electron Gun:
– Thermionic guns
– Field emission guns
•
•
•
•
Vacuum Chamber
Lenses
Detectors
Sample Chamber
Experimento de Wilhelm Hallwachs y
Philipp Lenard 1886-1990
¿Cómo funciona?
Parte 1:
• Utiliza bobinas de exploración (scanning coils), las cuáles
crean un campo magnético utilizando voltaje variante, para
manipular el haz de electrones.
• El haz de electrones interactúa con la superficie de la muestra
conforme va incidiendo sobre ella, desalojando electrones
secundarios de su superficie en patrones únicos.
¿Cómo funciona?
Parte 2:
• El haz de electrones es escaneado a través de la superficie de
la muestra siguiendo un mapa cuadriculado.
• Utiliza detectores, que son considerados los “ojos” del
microscopio para ir mapeando las señales detectadas con las
posiciones del haz de electrones hasta reconstruir la imagen
completamente.
• Un detector de electrones secundario atrae a aquellos
electrones dispersos y, dependiendo del número de
electrones que alcance, registra distintos niveles de brillo en
un monitor.
• Sensores adicionales detectan electrones dispersos en el
fondo y Rayos X (emitidos de la parte baja de la superficie de
la muestra).
SEM vs TEM
• Puede reconstruir imágenes de muestras abultadas y que
presentan cierto volumen y profundidad, no sólo objetos que
deben ser necesariamente cortadas en finas y delgadas
muestras para que el haz de electrones pueda transmitir
como es el caso del TEM.
• SEM puede producir imágenes que son buenas
representaciones de la estructura 3D de la muestra.
• SEM nos permite obtener información topográfica y en 3D de
la superficie de la muestra.
• El SEM utiliza voltajes de aceleración mucho menores.
Microscopio de positrones
• Enfoca un rayo de
positrones a la muestra.
• Los positrones al tener
carga positive son mejor
atraídos hacia los
núcleos de los átomos.
• Produce nivel alto de
radiación al chocar
positrones con
electrones. (Gamma)
Referencias
• Web:
John Innes Centre. Microscopy. Electron Microscopy. Consultado
el 11 octubre 2013.
http://www.jic.ac.uk/microscopy/intro_EM.html
Atteberry, J. How Scanning Electron Microscopes Work. How
Stuff Works. Consultado el 11 de octubre de 2013.
http://science.howstuffworks.com/scanning-electronmicroscope2.htm