MICROSCOPIO

MICROSCOPIO (XXIII, p. 221; App. II, 11, p. 309)

Microscoscopio elettronico. - In quest'ultimo decennio, i progressi della microscopia elettronica sono essenzialmente dovuti a perfezionamenti tecnici. Per ciò che riguarda lo strumento, il miglioramento delle lenti magnetiche, la correzione delle aberrazioni più importanti, l'introduzione in alcuni casi di lenti aggiuntive, la migliore stabilizzazione delle alimentazioni, il perfezionamento dei cannoni elettronici hanno permesso di migliorare il potere risolutivo dei m. elettronici portandolo fino a qualche angström in apparecchi commerciali.

Nelle tecniche, miglioramenti notevoli si sono avuti nella preparazione delle repliche, delle sezioni sottili e della "colorazione" dei preparati con impregnazione di materiali ad alto numero atomico. Sono stati resi così possibili nuovi interessanti risultati nei campi già studiati ed è stato possibile estendere tali tecniche in nuovi settori di ricerca.

Alcuni m. elettronici si possono ora utilizzare, con una semplice operazione, anche come apparecchi per diffrazione elettronica (v. fig. 1), sia per trasmissione (su spessori di 20 ÷ 50 μ) sia per riflessione.

Un nuovo tipo di m. elettronico è stato recentemente realizzato da E. W. Müller: il m. ad emissione di campo.

Il fenomeno sfruttato è l'emissione di elettroni dalla superficie di un conduttore posto nel vuoto sotto l'influenza di un forte campo elettrico. Si tratta di un effetto elementare comparabile con le emissioni termoionica, fotoelettrica e secondaria; la difficoltà maggiore per produrlo sta nel creare campi sufficientemente alti.

Essenzialmente, il lavoro di estrazione ϕ dell'elettrone dal conduttore è diminuito, per la presenza del campo E, della quantità

ove e è la carica dell'elettrone; per avere apprezzabile emissione occorre che il campo E sia dell'ordine di 10⁶ volt/cm. Nell'emissione termoionica gli elettroni che hanno sufficiente energia termica passano sopra la barriera; nell'emissione di campo, invece, gli elettroni con energia al di sotto del livello di Fermi passano per "effetto tunnel" attraverso la barriera. L'emissione ionica si ha per campi diretti in senso opposto ed è sensibile per valori di E dell'ordine di 10⁸ volt cm.

Il m. ad emissione di campo è stato originariamente realizzato per studiare la distribuzione direzionale dell'emissione stessa da una punta sottile, sotto vuoto dinamico. L'apparecchio (fig. 2) è costituito da un catodo a punta e da uno schermo fluorescente emisferico tenuto a potenziale fisso. La punta del catodo dev'essere rigorosamente emisferica in quanto il corretto funzionamento del m. è reso critico da imperfezioni della punta; il suo raggio r_p è di ~ 10^-5 ÷ 10^-4 cm e si misura al m. elettronico. L'anodo è ad anello e non è critico né per fortemperatura della punta, riscaldata elettricamente, può essere regolata con opportuni sistemi di raffreddamento.

Gli elettroni escono con bassa energia e seguono le linee di forza, radiali. L'ingrandimento è dato dal rapporto tra la distanza d della punta dallo schermo e r_p, risultando dell'ordine di 10⁵ ÷ 10⁶ per d = 10 cm; d può però essere anche di qualche metro, il che permette di aumentare ulteriormente l'ingrandimento. Il potere risolutivo δ è dato dalla relazione:

ove h è la costante di Planck, k è una costante (~ o,2), β è un'altra costante (~ 1,5) detta "compressione dell'immagine", m è la massa dell'elettrone, V la tensione tra anodo e catodo e ϕ = 4 ÷ 5 e V è il lavoro di estrazione. Per es., con V = 2500 volt si ottiene δ = 23 Å. Con r ~ 10^-7 cm ci si può aspettare di avere un potere risolutivo di ~ 3 Å per un oggetto che sia posto al centro della punta.

Studiando l'emissione da superfici pulite sotto vuoto molto spinto (10^-10 mm_Hg) si ottengono sullo schermo immagini legate alla struttura cristallina del metallo costituente il catodo (ad es., molibdeno, niobio, platino, nichel, ecc.). Si possono così studiare fenomeni di assorbimento (in funzione della temperatura) e fenomeni di migrazione superficiale.

Per osservare oggetti molecolari o atomici, questi vengono deposti per assorbimento sulla punta centrale; si ottengono in tal caso sullo schermo caratteristiche strutture granulari (fig. 3). È stato affermato che siano visualizzabili, per tale via, addirittura singoli atomi.

Bibl.: E. W. Müller, in Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, XXVII (1956), p. 290.