Elektronenmikroskop

Beim Elektronenmikroskop werden als Teilchenstrahl Elektronen verwendet. Diese werden mit Spannungen von 40.000 - 200.000 V beschleunigt und auf das Untersuchungsobjekt gelenkt. Die Elektronen erhalten dabei, über die de Broglie Gleichung ausgerechnet, eine Wellenlänge von z.B. nur 5 pm (pm = 10-12 m = Milliardstel Millimeter für 50 kV Beschleunigungsspannung). Damit ist die Wellenlänge 1000 mal kleiner als die erreichbare Auflösung eines Elektronenmikroskops, die aber etwa 1000 mal besser ist als die eines Lichtmikroskops. Das Auflösungsvermögen ist hauptsächlich durch Linsenfehler (Aberration) begrenzt.

Aufbau
Elektronen werden von einer Glühkathode emittiert und durch den "Wehneltzylinder" hindurch beschleunigt. Magnetische Spulen übernehmen die Funktion von Linsen des Lichtmikroskops und dienen der Fokussierung und Defokussierung des Elektronenstrahls auf dem Weg durch das Mikroskop. Das Bild kann durch ein Okular auf dem Bildschirm beobachtetet werden.

 

Das Untersuchungsobjekt darf nicht sehr dick sein, wenn es vom Elektronenstrahl durchdrungen werden soll (Transmissionselektronenmikroskop, TEM), denn die Elektronen werden wegen ihrer elektrischen Ladung schnell im Festkörper abgebremst. Mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) können auch die Oberflächen von dickeren Proben untersucht werden. Die Untersuchungsobjekte müssen dazu aber eine leitende Oberfläche haben. Außerdem muss für den Elektronenstrahl ein gutes Hochvakuum im Mikroskop herrschen; daher können keine lebenden Objekte untersucht werden.

Auflösungsbegrenzung
Der Abstand zweier Punkte, die gerade noch getrennt wahrgenommen werden, heißt Auflösung des Instruments. Aufgrund von Abbildungsfehlern im Randbereich von magnetischen Linsen (Aberration, unterschiedlich starke Brechung) kommt es zu einem unscharfen Bild hinter der Linse, d.h. einer Begrenzung der Auflösung.

Abbildung unten:
Durch Abbildungsfehler im Randbereich der Linse erscheint das Bild unschärfer als für die Wellenlänge möglich.

 

Die Zunahme an Auflösungsvermögen eines Elektronenmikroskops mit zunehmender Beschleunigungsspannung und Verkleinerung der de Broglie Wellenlänge der Elektronen kann nur durch die Wellennatur der Elektronen erklärt werden.

Beugung mit Fußbällen