Разработан самый мощный микроскоп

Сканирующие электронные микроскопы (scanning electron microscope, SEM) фокусируют луч электронов против света и могут получать изображения мельчайших структур в трех измерениях. Лучшие образцы могут отличать объекты величиной 0,05 нм, что соответствует расстоянию между ядром атома водорода и его электроном, но в среднем аппараты имеют разрешение 10 нм. Эти пределы накладываются несовершенством электромагнитов, действующих как линза, фокусируя поток электронов.

Физик Дерек Истэм (Derek Eastham) считает, что возможно достигнуть в 4 раза лучший результат — 0,01 нм. Планируемый электронный микроскоп настолько мал, что соответствует в размерах кончику пальца, и в четыре раза мощнее лучших микроскопов, доступных на сегодняшний день. В его проекте используется луч меньшей энергии, эмиттер электронов расположен всего в нескольких миллиметрах от изучаемого объекта.

Вместо выделения электронов с вольфрамовой нити производится бомбардировка с одного атома крошечной золотой пирамиды высотой около 100 нм. Луч будет сосредоточен, поскольку он проходит через отверстие величиной 2 мкм, расположенное в кремниевом чипе, прежде чем достигнет цели. Луч электронов в новом микроскопе Истэма имеет длину всего 10 мкм. Длина в стандартном аппарате соответствует 600 мм.

Луч, создаваемый прибором Истэма, имеет в 100 раз меньшую энергию, чем обычный SEM. Именно сокращение расхода энергии, по мнению Истэма, является главным направлением развития SEM. Меньшая мощность луча также позволяет изучать тонкие структуры, разрушаемые электронными микроскопами, например, необработанные белки и ДНК.

Но многие эксперты консервативны в своих ожиданиях результатов работы нового микроскопа. Признавая верность сокращения длины луча, достижение разрешения в 0,01 нм расценивается как маловероятное. На сегодня, благодаря электронным оптическим линзам с коррекцией аберрации, лучшие SEM ценой в миллионы долларов достигают разрешения 0,04 нм.

При этом существует эффект колебания энергии луча, что также ограничивает разрешающую способность, и, как ожидается, этот эффект имеет место и в разработке Истэма. При всей полезности сокращения энергопотребления, по мнению специалистов, этот микроскоп имеет недостаточную глубину проникновения для создания трехмерных изображений из-за конструкции отверстия. Рабочий образец микроскопа Истема будет подготовлен в течение 3-6 месяцев.