Un microscopio elettronico è un tipo di microscopio che utilizza elettroni anziché fotoni, come fa un microscopio ottico convenzionale, per l’imaging. Poiché gli elettroni hanno una lunghezza d’onda molto più piccola dei fotoni, forniscono un ingrandimento molto maggiore. Gli elettroni sono i minuscoli “satelliti” che orbitano attorno al nucleo atomico e trasportano carica elettrica: queste particelle sono così piccole che in fisica sono spesso modellate come punti. Eppure le onde luminose sono molto più grandi, ad esempio con una lunghezza d’onda di circa 500 nanometri per il colore verde.
I migliori microscopi ottici offrono solo un ingrandimento di circa 2000X di un campione, mentre alcuni microscopi elettronici possono ingrandire un campione di 50 milioni di volte; al contrario, 2 milioni di volte è più tipico. Questo funziona con un limite di risoluzione di circa 0.1 nanometri, consentendo l’osservazione di singoli atomi su una superficie. Questo microscopio è stato inventato nel 1931, quando il primo prototipo funzionante fu costruito da Ernst Ruska e Max Knoll. Ruska è stato infine insignito del Premio Nobel per la Fisica (1986) per i suoi risultati.
Esistono quattro tipi di questi microscopi, i primi due sono i più comuni: il microscopio elettronico a trasmissione (TEM), il microscopio elettronico a scansione (SEM), il microscopio elettronico a riflessione (REM) e il microscopio elettronico a scansione a trasmissione (STEM).
Il TEM è il microscopio elettronico così com’è stato originariamente inventato. Utilizzando un campione semitrasparente agli elettroni, un fascio di elettroni viene emesso direttamente attraverso il campione. Un ricevitore dall’altra parte misura la densità degli elettroni in ogni singolo punto e li compila in un’immagine in scala di grigi. Questa è l’immagine del campione.
Un SEM ha una risoluzione leggermente inferiore a un TEM, ma è ancora il tipo più popolare. Come suggerisce il nome, questo microscopio scansiona un fascio di elettroni attraverso il campione. Invece di analizzare il raggio originale per ottenere informazioni sulla composizione del campione, i sensori raccolgono gli elettroni secondari rilasciati dalla superficie del campione tramite eccitazione dal raggio primario. Ciò sacrifica una parte della risoluzione per un’immagine 3D del campione. Questo vale più che lo scambio..
La maggior parte dei microscopi elettronici a scansione sono molto costosi da acquistare e mantenere. Richiedono una fonte di elettricità stabile ad alta tensione, una pompa per vuoto e serpentine di raffreddamento. I campioni devono essere preparati, solitamente rivestendoli con un sottile strato di materiale conduttivo come l’oro.