Un microscopio SEM è un tipo di microscopio che utilizza un fascio di elettroni combinato con rilevatori per visualizzare aree molto piccole. Il dispositivo viene solitamente indicato come SEM, poiché le lettere sono l’acronimo del nome corretto del microscopio: microscopio elettronico a scansione. Questo tipo di microscopio è estremamente potente e ha una risoluzione utile media tra 7 nm e 3 nm, anche se sono state raggiunte risoluzioni inferiori.
I SEM funzionano interpretando i dati dai rilevatori quando un fascio di elettroni è diretto su un campione. Il fascio di elettroni è generato da un filamento all’interno del cannone elettronico del SEM, quindi viaggia lungo la colonna verso il campione. Mentre nella colonna, il percorso degli elettroni viene spostato, condensato, bloccato e/o alterato da varie parti al fine di migliorare l’immagine. La colonna si apre nella camera del campione, dove il fascio di elettroni colpisce il campione. Gli elettroni rilasciati o riflessi dal campione colpiranno quindi i rilevatori che si trovano nella camera del campione. I risultati dei colpi vengono quindi utilizzati per creare immagini altamente ingrandite del campione.
Gli elettroni rilasciati da un campione in un SEM possono essere rilevati in molti modi diversi; i tre più comuni, tuttavia, sono attraverso la retrodiffusione, il secondario e l’imaging a raggi X. Gli elettroni di retrodiffusione (BSE) tendono a penetrare in profondità nella superficie di un campione e le immagini prodotte attraverso la loro rilevazione possono mostrare più facilmente il contrasto nei materiali all’interno della sostanza. Gli elettroni secondari vengono utilizzati per produrre immagini della superficie di un campione e possono produrre rappresentazioni 3D straordinarie. I rilevatori di raggi X possono dire quali elementi costituiscono una parte specifica di un campione e sono spesso utilizzati in medicina legale. Esistono anche altri metodi di rilevamento e comprendono la catodoluminescenza e il rilevamento a coclea.
La “S” in SEM sta per Scanning, un aspetto che differenzia il SEM da altri tipi di microscopi elettronici. Invece di utilizzare un raggio fisso di elettroni, il SEM utilizza un raggio che si sposta sull’area desiderata in quello che è noto come pattern raster (rastering). Il rastering offre molti vantaggi ed è uno dei motivi per cui le immagini prodotte dal rivelatore secondario hanno una qualità quasi tridimensionale.
I SEM sono utilizzati in molte aree di ricerca diverse, ma sono probabilmente più famosi per i ruoli che svolgono nella scienza forense. Un metodo per testare i residui di arma da fuoco prevede il tamponamento del dorso del pollice, della cinghia e del dito sul grilletto di un sospetto; il tampone viene quindi analizzato utilizzando il rilevamento a retrodiffusione, con le aree di interesse esaminate con il rilevamento a raggi X per determinare di cosa sono fatti. Il rilevamento della retrodiffusione può essere utilizzato anche per esaminare la composizione della superficie di un oggetto e le aree anomale possono essere testate utilizzando il rilevamento a raggi X per trovare materiali indesiderati come il piombo.