A Small World of Huge Possibilities: THE SCANNING ELECTRON MICROSCOPE / Un piccolo mondo di enormi possibilità: IL MICROSCOPIO ELETTRONICO A SCANSIONE
A Small World of Huge Possibilities: THE SCANNING ELECTRON MICROSCOPE / Un piccolo mondo di enormi possibilità: IL MICROSCOPIO ELETTRONICO A SCANSIONE
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
SEM TECHNOLOGY AND SIGNAL DETECTION
Analogous in design to laser-scanning confocal microscopes, SEMs use electromagnetic “lenses” to focus an electron beam to a sharp point and raster-scan across the sample. Instead of recording fluorescence, however, SEMs create images by recording the interactions of the electron beam with the sample surface, which could be a ceramic material, metal, or biological specimen. These interactions can take many forms, and SEM users can install a range of detectors around the sample chamber to interrogate them, as described below.
Secondary Electrons (SE)
Low-energy (<50eV) secondary electrons (SE)
result from “inelastic” interaction of the
primary electron beam (and backscattered
electrons) with the sample, revealing
topography and (to some extent) electrical
properties of the sample. The
Everhart-Thornley SE detector is the
most widely used SEM detector.
Today’s advanced SEMs
complement it with “in-lens” or
“in-column” detectors.
Backscattered Electrons (BSE)
BSE reflect off the sample surface like light from a mirror. As backscattering efficiency depends on atomic number, BSE can discern differences in sample composition, such as the presence of a silver particle coating on the synthetic fiber of an antimicrobial dressing.
X-rays (EDS/WDS)
The SEM beam can excite emission of characteristic x-rays from the sample. Detection of these x-rays by energy-dispersive or wavelength-dispersive x-ray spectroscopy (EDS or WDS) reveals a sample’s elemental composition. EDS and WDS are used, for example, in museum laboratories for chemical analysis of paintings and forgery detection.
Backscatter ELECTRON BEAM diffracted electrons (EBSD)
Bragg diffraction occurs when the SEM beam strikes crystalline matter. The resulting electron backscatter diffraction (EBSD) patterns reveal the underlying crystal structure. Among other applications, EBSD is used in solar cell development to ensure that the cells are fabricated correctly
Cathodoluminescence (CL)
When electrons hit luminescent materials they produce light. A CL detector picks up those photons, producing “live-color” images of minerals in geology applications—for instance, in oil and gas research and mining—or of luminescent proteins in biology.
Transmitted electrons (STEM)
When imaging very thin samples (<100 nm thick), electrons can pass through the sample. Detection of transmitted electrons yields scanning transmission electron microscopy (STEM) images of particularly high resolution. STEM has both materials and life sciences applications.
ITALIANO
Sono passati 50 anni da quando è stato lanciato il primo microscopio elettronico a scansione (SEM) commerciale e la visione dei ricercatori del mondo su scala nanometrica è più nitida che mai. I SEM creano immagini di superficie di materiale sfuso scansionando un fascio di elettroni sul campione, registrando punto per punto gli echi e le interazioni elettriche risultanti. La risoluzione nell'intervallo nanometrico è di routine.
TECNOLOGIA SEM E RILEVAZIONE DEL SEGNALE
Analogamente nella progettazione ai microscopi confocali a scansione laser, i SEM utilizzano "lenti" elettromagnetiche per focalizzare un fascio di elettroni su un punto acuto e scansionare raster attraverso il campione. Invece di registrare la fluorescenza, tuttavia, i SEM creano immagini registrando le interazioni del fascio di elettroni con la superficie del campione, che potrebbe essere un materiale ceramico, metallo o campione biologico. Queste interazioni possono assumere molte forme e gli utenti SEM possono installare una serie di rilevatori intorno alla camera del campione per interrogarli, come descritto di seguito.
Elettroni secondari (SE)
Gli elettroni secondari (SE) a bassa energia (<50eV) derivano dall'interazione "anelastica" del fascio di elettroni primari (e degli elettroni retrodiffusi) con il campione, rivelando la topografia e (in una certa misura) le proprietà elettriche del campione. Il rilevatore SE Everhart-Thornley è il rilevatore SEM più utilizzato. Gli attuali SEM avanzati lo completano con rilevatori "in-lens" o "in-column".
Elettroni retrodiffusi (BSE)
La BSE si riflette sulla superficie del campione come la luce di uno specchio. Poiché l'efficienza della retrodiffusione dipende dal numero atomico, la BSE può distinguere differenze nella composizione del campione, come la presenza di un rivestimento di particelle d'argento sulla fibra sintetica di una medicazione antimicrobica.
Raggi X (EDS / WDS)
Il fascio SEM può eccitare l'emissione di raggi X caratteristici dal campione. Il rilevamento di questi raggi X mediante spettroscopia a raggi X a dispersione di energia o di lunghezza d'onda (EDS o WDS) rivela la composizione elementare di un campione. EDS e WDS vengono utilizzati, ad esempio, nei laboratori dei musei per l'analisi chimica di dipinti e il rilevamento di falsi.
Backscatter ELECTRON BEAM elettroni diffratti (EBSD)
La diffrazione di Bragg si verifica quando il fascio SEM colpisce la materia cristallina. I modelli risultanti di diffrazione a retrodiffusione elettronica (EBSD) rivelano la struttura cristallina sottostante. Tra le altre applicazioni, EBSD viene utilizzato nello sviluppo di celle solari per garantire che le celle siano fabbricate correttamente
Catodoluminescenza (CL)
Quando gli elettroni colpiscono materiali luminescenti producono luce. Un rilevatore di CL rileva quei fotoni, producendo immagini "a colori vivaci" di minerali nelle applicazioni geologiche, ad esempio nella ricerca di petrolio e gas e nelle miniere, o di proteine luminescenti in biologia.
Elettroni trasmessi (STEM)
Durante l'imaging di campioni molto sottili (<100 nm di spessore), gli elettroni possono passare attraverso il campione. La rilevazione degli elettroni trasmessi produce immagini di microscopia elettronica a trasmissione di scansione (STEM) di risoluzione particolarmente elevata. STEM ha applicazioni sia dei materiali che delle scienze della vita.
Da:
https://pages.zeiss.com/rs/896-XMS-794/images/ZEISS-ScienceAAAS_SEM-Poster.pdf
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