Физика микромира

могут быть получены фотографии решеток с межплоскостным расстоянием ~1 А°.

Сообщается также, что на новом электронном микроскопе с ускоряющим

напряжением 750 кв получено разрешение, равное 3 А°.

Рассматриваются возможности применения в электронной  микроскопии линз из

сверхпроводящих сплавов (например, Hi ¾ Zn),  которые позволят

получить высокие  оптические свойства электронных систем и исключительную

стабильность полей. Ожидается, что использование специальных линз-фильтров

позволит получить новые результаты в отражательной электронной микроскопии.

При использовании  таких линз в просвечивающем электронном  микроскопе удалось

существенно улучшить их разрешающую способность.

В растровых электронных  микроскопах просвечивающего типа к настоящему времени

достигнута разрешающая  способность в 100 А°. Новый эмиссионный  микроскоп

позволяет получать разрешения деталей с размерами от 120 (для фотоэмиссии)

до 270 А° (для вторичной  эмиссии).

Вызывает интерес  сообщение о том, что голландская  фирма Philips вносит ряд

усовершенствований  в микроскоп типа EM-300, которые позволят довести

практическую разрешающую  способность до теоретического предела (!). Правда, о

существе этих усовершенствований пока не сообщается.

Важность проблемы улучшения разрешающей способности  в электронной

микроскопии, приближение  ее к теоретическому пределу стимулировала  проведение

целого ряда исследований в этой области. Из многочисленных предложений  и

идей, зачастую остроумных и весьма перспективных, остановимся на идеях,

высказанных английским физиком Габором, получивших в последние  годы широкое

развитие в оптике, радиофизике, акустике, особенно в связи  с созданием

оптических квантовых генераторов (лазеров). Речь идет о так называемой

голографии, о которой  известно сейчас не только специалистам, но и всем тем,

кто интересуется новейшими достижениями физики. Вместе с тем не все,

наверное, знают, что  первые работы Габора по голографии, проведенные еще в

«долазерный» период (1948-1951), были поставлены и выполнены именно в связи с

задачей повышения  разрешающей способности в электронной микроскопии.

Сущность предлагавшегося  метода сводилась к следующему. Монохроматический

поток электронов, т.е. поток, содержащий электроны с одинаковыми скоростями,

освещает объект исследования (по схеме просвечивающего  или теневого

микроскопа). При  этом происходит дифракция электронов на объекте (вспомним

волновые свойства электронов!). Обычно в электронном  микроскопе пучок,

претерпевший дифракцию на объекте, поступает в систему электронных линз,

формирующих изображение и обеспечивающих нужное большое увеличение. Однако

эти же линзы, как  мы уже отмечали, являются источниками трудно устранимых

искажений, препятствующих достижению теоретического разрешения. В новом

методе предлагалось фиксировать результат дифракции электронов

фотографически  в виде дифракционной картины  и подвергать эту картину

последующей обработке с помощью оптических методов, где получение нужных

усилений может быть достигнуто с меньшими искажениями. В таком

двухступенчатом процессе получения изображений основное увеличение

достигается за счет перехода от «электронных» длин волн к оптическим. При

этом следует  отметить, что обрабатываемая оптическими  методами картина

дифракции практически  не имеет сходства с объектом исследования. Однако с

помощью светового  излучения (видимого) по этой картине  в несложном оптическом

устройстве можно  восстановить изображение исследуемого объекта. Для этого

источник излучения  должен посылать монохроматические когерентные волны, т.е.

должен обладать теми свойствами, которые так ярко проявляются у оптических

квантовых генераторов.

Заметим, что, образно  говоря, в этом двухступенчатом процессе мы фиксируем,

«замораживаем»  фронт электронных волн и потом воспроизводим его вновь в виде

фронта световой волны в значительно большем  масштабе, используя при этом

различие длин волн света и электронов (это соотношение, например, может быть

порядка 6000А°/0,030А° » 200000).

В таком «безлинзовом», а потому и не вносящим искажений увеличении и

заключается основное достоинство метода голографии в  электронной микроскопии.

К числу новых  направлений следует также отнести  область микроскопии,

использующую вместо электронов другие виды микрочастиц, тяжелых по сравнению

с электронами. В  этом случае дифракционный предел, предсказываемый теорией,

смещен в более  далекую область малых размеров. Примером такого направления

микроскопии является развивающаяся автоионная микроскопия.

В автоионных микроскопах, используемых при исследовании физики поверхностных

явлений, главным  образом в металлах, оказывается  возможным видение отдельных

атомов. Методика автоионной микроскопии весьма своеобразна; эта область

претерпевает бурное развитие.

Как же далеко мы сможем еще продвинуться по пути раскрытия тайн

микрообъектов? Мы видим, что за исторически короткий срок, используя

новейшие достижения физики и радиоэлектроники, электронная  микроскопия

превратилась в  мощное орудие исследования природы. Обозримое будущее этой

области науки  связано с реализацией дерзновенных проектов создания таких

приборов, которые позволят «приблизить» и сделать зримым многообразный и

красочный микромир. Далеко не всё ещё ясно на этом пути, на котором постоянно

возникают всё  более и более сложные научно-технические и технологические

проблемы. Современные  приборы микроскопии являются несравненно более

сложными устройствами, чем микроскопы недавнего прошлого.

Уже сейчас мы сталкиваемся с очевидным фактом: приборы микроскопии

становятся всё  более сложными и громоздкими по мере проникновения в ранее

недосягаемые тайны  мира малых объектов. Дальнейшее усложнение этих приборов,

увеличение затрат на их изготовление определяются необходимостью разрешения

новых всё более  сложных проблем.

Здесь уместно провести аналогию с развитием экспериментальной ядерной

физики, где получение  информации о свойствах микрочастиц  вещества, из которых

состоят ядра атомов, связано с созданием сложнейших и, как правило,

чрезвычайно громоздких и дорогих приборов и установок.

Получение информации, раскрывающей тайны микромира, оплачивается высокой

ценой. Однако происходящие при этом затраты интеллектуальных и материальных

ресурсов, как показывает опыт истории науки, безусловно, окупаются теми

возможностями, которые  открываются при этом в технике, физике, химии,

биологии и медицине.

    

    

     Литература:

·       Рукман Г.И. , Клименко И.С. Электронная микроскопия. М., Знание, 1968.

·       Савельев И.В. Курс физики, т.3. М., Наука, 1989.

       Ðèñóíêè:      

      
 

     [1] Напомним, что 1A° (ангстрем) = 10e-10 м.

     [2] В абсолютной системе единиц коэффициент преломления вакуума равен единице.

     [3] Обратим внимание на то, что масса

электрона по данным 1996 г. известна с относительной погрешностью не более

0,00003, а заряд  ¾ не более 0,00002.