Elektronmikroskop: definition, historia och funktion

Vad är ett elektronmikroskop?

Elektronmikroskopet är ett vetenskapligt instrument som konstruerades 1931 med syfte att förstora mycket små objekt på ett sätt som ljusmikroskop aldrig kan åstadkomma. Principen bakom elektronmikroskopi bygger på vågteorin för elektroner inom kvantmekaniken. Uppfinningen öppnade dörren till extremt hög förstoring och blev därmed ett ovärderligt verktyg för vetenskaplig forskning, något som även Nobelstiftelsen lyfter fram.

Historia

Den första fungerande modellen av elektronmikroskopet tillskrivs Ernst Ruska och Max Knoll. År 1928 fick Ruska i uppdrag av professor Knoll att ta fram linser som kunde fokusera en elektronstråle. År 1931 hade Ruska framgångsrikt konstruerat två specialdesignade magnetiska spolar som fokuserade elektronstrålen för att åstadkomma förstoring. Hans banbrytande arbete belönades senare med Nobelpriset i fysik 1986.

Teori

Teorin bakom elektronmikroskopi växte fram ur kvantmekaniken – studiet av elektromagnetiska fält och elektriskt laddade partiklar. Under 1900-talet utvecklades teorin för att beskriva småskaliga fenomen som elektroners rörelser. År 1924 hypoteserade den franske fysikern Louis de Broglie att elektroner uppvisar vågliknande rörelser. Denna hypotes lade grunden för vågmekaniken, som i sin tur antydde att elektronvågor skulle kunna användas för att bygga mikroskop med mycket hög förstoring.

Definition

Ett elektronmikroskop (EM) är en typ av mikroskop som använder en elektronstråle istället för synligt ljus för att förstora mycket små objekt, såsom DNA-sekvenser och cellstrukturer. De vanligaste varianterna är:

• Transmissionselektronmikroskop (TEM)
• Svepelektronmikroskop (SEM)
• Reflektionselektronmikroskop (REM)
• Sveptransmissionselektronmikroskop (STEM)

Dessa och flera andra EM-varianter skiljer sig åt i förstoringsgrad och användningsområde, men de bygger alla på samma grundprincip: att en elektronstråle används för att avbilda objektet.

Funktion

Elektronmikroskop fungerar genom att förstora och visualisera ett objekts topografi, morfologi, sammansättning och kristallografiska information. Topografi avser objektets fysiska utseende och ytstruktur, morfologi gäller form och storlek, sammansättning rör objektets kemiska egenskaper, medan den kristallografiska informationen beskriver objektets atomära arrangemang – till exempel dess ledningsförmåga.

Verkningsmekanism

Elektronmikroskopets verkningsmekanism kan sammanfattas i fyra steg:

1. Bildandet av en ström av elektroner.
2. Begränsning av strömmen så att en fokuserad stråle formas.
3. Justering av strålens fokus med hjälp av magnetiska linser.
4. Interaktionen mellan strålen och objektet, vilket omvandlas till en förstorad bild.