Microscopio electrónico

1. Microscopio electrónico García René Quiroz Samuel

2. ¿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.

3. ¿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.

4. Línea del tiempo Eventos que permitieron la creación del microscopio electrónico: • Hertz: los rayos catódicos eran una forma de movimiento de onda • Weichert (1899): descubrequeestosrayospuedenserconcentrados en un puntopequeñomediante el uso de un campo magnético axial producidopor un largo solenoide.

5. 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.

6. Línea del tiempo • Ernst Ruska/MaximillionKnoll(1931): tuvieron éxito en magnificar una imagen electrónica. • Ruska (1933): construye el primer prototipo con una resolución de 50nm (50x10^-9). ImagebyElectronMicroscopeDeutschesMuseum MaximillionKnoll Ernst Ruska

7. ¿Qué puede medir?

9. TransmissionElectronMicroscope [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.

10. Componentes TEM Imageby Graham Colm

11. ¿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-coupleddevice). • La imagen captada por el CCD puede ser mostrada en tiempo real en un monitor o computadora.

13. 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.

14. 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.

15. ScanningElectronMicroscope[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.

16. Componentes del SEM

17. Componentes del SEM • ElectronGun: • Thermionicguns • Field emissionguns • VacuumChamber • Lenses • Detectors • SampleChamber Experimento de Wilhelm Hallwachs y PhilippLenard 1886-1990

18. ¿Cómo funciona? Parte 1: • Utiliza bobinas de exploración (scanningcoils), 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.

19. ¿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).

20. 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.

21. 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)

22. Referencias • Web: John Innes Centre. Microscopy. ElectronMicroscopy. Consultado el 11 octubre 2013. http://www.jic.ac.uk/microscopy/intro_EM.html Atteberry, J. HowScanningElectronMicroscopesWork. HowStuff Works. Consultado el 11 de octubre de 2013. http://science.howstuffworks.com/scanning-electron-microscope2.htm