Ein Elektronenmikroskop ist eine Art Mikroskop, das Elektronen anstelle von Photonen verwendet – wie es ein herkömmliches Lichtmikroskop tut – für die Bildgebung. Da Elektronen eine viel kleinere Wellenlänge als Photonen haben, bieten sie eine viel größere Vergrößerung. Elektronen sind die winzigen „Satelliten“, die den Atomkern umkreisen und elektrische Ladung tragen – diese Teilchen sind so klein, dass sie in der Physik oft als Punkte modelliert werden. Lichtwellen sind jedoch viel größer, etwa mit einer Wellenlänge von etwa 500 Nanometern für die Farbe Grün.
Die besten optischen Mikroskope bieten nur eine etwa 2000-fache Vergrößerung einer Probe, während einige Elektronenmikroskope eine Probe um das 50-Millionen-fache vergrößern können; im Gegensatz dazu ist 2 Millionen Mal typischer. Dieser arbeitet bis zu einer Auflösungsgrenze von etwa 0.1 Nanometern und ermöglicht die Beobachtung einzelner Atome auf einer Oberfläche. Dieses Mikroskop wurde 1931 erfunden, als der erste funktionierende Prototyp von Ernst Ruska und Max Knoll gebaut wurde. Ruska wurde für seine Leistung schließlich der Nobelpreis für Physik (1986) verliehen.
Es gibt vier Arten dieser Mikroskope, von denen die ersten beiden die häufigsten sind: das Transmissionselektronenmikroskop (TEM), das Rasterelektronenmikroskop (REM), das Reflexionselektronenmikroskop (REM) und das Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM).
Das TEM ist das Elektronenmikroskop, wie es ursprünglich erfunden wurde. Unter Verwendung einer für Elektronen semitransparenten Probe wird ein Elektronenstrahl direkt durch die Probe geschossen. Ein Empfänger auf der anderen Seite misst die Dichte der Elektronen an jedem einzelnen Punkt und fügt sie zu einem Graustufenbild zusammen. Dies ist das Bild der Probe.
Ein SEM hat eine etwas geringere Auflösung als ein TEM, ist aber immer noch der beliebteste Typ. Wie der Name schon sagt, scannt dieses Mikroskop einen Elektronenstrahl über die Probe. Anstatt den Originalstrahl auf Informationen über die Zusammensetzung der Probe zu analysieren, nehmen Sensoren Sekundärelektronen auf, die von der Oberfläche der Probe durch Anregung durch den Primärstrahl freigesetzt werden. Dies opfert etwas Auflösung für ein 3D-Bild der Probe. Das ist den Tausch mehr als wert..
Die meisten Rasterelektronenmikroskope sind in Anschaffung und Wartung sehr teuer. Sie benötigen eine stabile Hochspannungsstromquelle, eine Vakuumpumpe und Kühlschlangen. Proben müssen vorbereitet werden, normalerweise indem sie mit einer dünnen Schicht aus leitfähigem Material wie Gold beschichtet werden.