En un microscopio electrónico de transmisión (TEM), puede ver átomos individuales porque 1. el sistema está en el vacío para eliminar tantos átomos no deseados como sea posible, 2. las lentes son solo campos eléctricos y magnéticos que doblan el haz de electrones, por lo que hay sin átomos en el camino, y 3. La muestra debe ser delgada para que no haya demasiados átomos para que los electrones los transmitan.
La microscopía electrónica de transmisión (TEM) “ve” átomos usando un haz de electrones, de forma muy parecida a un microscopio óptico de transmisión que ve objetos con luz. En ambos casos, una imagen se forma mapeando la transmisión a través de un objeto. (Otras respuestas analizan la microscopía de fuerza atómica y la microscopía de túnel de barrido, que también permiten obtener imágenes de átomos individuales, pero de una manera menos análoga a la microscopía óptica). En un microscopio óptico, la resolución se establece por la longitud de onda de la luz (no se pueden distinguir dos objetos separados por una distancia menor que aproximadamente una longitud de onda). Según la física cuántica, sabemos que los electrones también se comportan como ondas, y los electrones típicos tienen una longitud de onda mucho más corta que los fotones típicos. Entonces, en TEM, se usa un haz de electrones en lugar de un haz de fotones, lo que produce una resolución espacial mucho mayor. De hecho, la resolución es lo suficientemente alta como para resolver átomos individuales.
Entonces, a la pregunta: ¿cómo no se oscurecen la imagen las lentes y otros átomos en la muestra? Primero, todos los átomos que no sean la muestra deben eliminarse de la trayectoria del haz de electrones (al menos tanto como sea posible). Podemos deshacernos de las moléculas de aire con bastante facilidad al poner todo en un muy buen vacío. En cuanto a las lentes, mientras que las lentes ópticas funcionan doblando la luz usando refracción en vidrio especialmente formado, las lentes para microscopios electrónicos funcionan doblando el haz de electrones usando campos eléctricos y magnéticos especialmente formados. Por lo tanto, no hay átomos en las lentes en un TEM, solo campos eléctricos y magnéticos.
- ¿Hay algo fuera de la energía, los átomos y el espacio?
- ¿Qué hay en el espacio entre dos niveles de energía de electrones en los átomos?
- ¿Por qué la materia tiene volumen?
- ¿Puede explicar en términos simples cómo se conduce la electricidad a un nivel subatómico? ¿Salta un electrón de un átomo a otro en un cable?
- ¿Cuál es la relación entre el radio atómico y la energía de protección?
Como está midiendo la transmisión a través de la muestra, en realidad es sensible a todos los átomos a través del grosor de la muestra. Esto es lo mismo en la microscopía óptica de transmisión: si su muestra es demasiado gruesa, no puede ver nada. Entonces necesitas una muestra delgada. Si la muestra es relativamente gruesa (más de un par de átomos), entonces todo lo que puede ver son lugares donde los átomos están más o menos alineados verticalmente (lo que le brinda una buena cantidad de información en cristales regulares). A continuación se muestra un ejemplo genial . Aquí hay una película de átomos de oro en un cristal, con el cristal orientado para que los átomos se alineen muy bien a lo largo de la dirección de visualización (cada punto es una columna de átomos). Puede ver cómo los átomos saltan un poco con el tiempo (algunos se mueven más rápido que la velocidad de fotogramas y aparecen como puntos oscuros, otras estructuras son más estables y duran de segundos a minutos).
Sin embargo, para obtener imágenes de un solo átomo verdadero, necesita una muestra que tenga solo un átomo de espesor. El grafeno, un material compuesto por una sola capa de átomos de carbono, funciona muy bien aquí. A continuación se muestra una película TEM de una pieza de grafeno. Hay un agujero en él, y también algunas áreas que tienen una segunda capa. De nuevo, puedes ver los átomos saltar.
Créditos de la película TEM:
1. Aparentemente de TU Delft, pero no acreditado claramente en YouTube.
2. Ciencia 27 de marzo de 2009: vol. 323. no. 5922, págs. 1705 – 1708 DOI: 10.1126 / science.1166999, “Grafeno al límite: estabilidad y dinámica”, Çağlar Ö. Girit, Jannik C. Meyer, Rolf Erni, Marta D. Rossell, C. Kisielowski, Li Yang, Cheol-Hwan Park, MF Crommie, Marvin L. Cohen, Steven G. Louie, A. Zettl
