1. Введение в просвечивающую электронную микроскопию
Если взглянуть на ситуацию и увидеть, что 300 нм это наименьший размер, который мы можем различить, соответствующий 1000 атомам в диаметре, следовательно, множество особенностей контролирующих свойства материалов находятся за пределами разрешения световой микроскопии. Так же 300 нм является не достаточно малым разрешением с точки зрения получения и изучения наноматериалов. Есть огромная необходимость в нано-науке и инженерии видеть детали вплоть до атомного уровня, для понимания и контроля свойств создаваемых материалов, это и есть основная причина, почему ПЭМ так распространена в материаловедении.
Этот предел в световой микроскопии был хорошо известен к середине 19-го века и высказывание Эрнста Аббе, одного и основоположников в этой области, жаловался что "есть слабая надежда на то, что человеческая изобретательность найдет пути и средства преодоления этого ограничения". Он был прав, но умер в 1905 не дождавшись того момента, когда Де Бройль изобретет решение этой проблемы.
Известное уравнение Де Бройля, показывающее волновую природу электрона и связывающую ее с энергией электрона E, и если пренебречь релятивистскими эффектами, можно записать приближенно:
(1.2)В данном уравнении E в электрон Вольтах (эВ) а ? в нм.
Из уравнения (1.2) можно вычислить, что для энергии электронов 100 кэВ, длина волны равна ?=4 пм (0.004 нм), что намного меньше чем диаметр атома.
Однако, в настоящее время мы не можем построить "идеальный" ПЭМ, разрешение которого ограничивалось только длиной волны, т.к. линзы современных электронных микроскопов еще далеки от совершенства. Еще до недавнего времени, линзы верхней части колонны в микроскопе можно с полным правом было сравнивать с использованием дна от бутылки Coca-Cola в качестве объектива для световой микроскопии. Прогресс шел быстрыми шагами после первых работ Руска посвящённых электронным линзам и с середины 1970-х годов многие коммерческие ПЭМ были способны разрешать отдельные столбцы атомов в кристаллах, создавая тем самым новую область - высоко-разрешающей просвечивающей электронной микроскопии или ВРПЭМ, которая будет обсуждаться далее. Типичный образец микроструктуры получаемый в ВРПЭМ показан на рисунке 1,2.
