Электронная микроскопия. 
Методы и приборы для исследования фотонных кристаллов

Электронная микроскопия — позволяет с помощью электронного микроскопа исследовать микроструктуру тел при увеличениях до многих сотен тысяч раз (вплоть до атомно-молекулярного уровня), изучить их локальный состав и локализованные на поверхностях или в микрообъёмах тел электрические и магнитные поля (микрополя). Кроме этого, электронная микроскопия — это самостоятельное научное течение, направленное на:

• v Усовершенствование и разработку новых электронных микроскопов и других корпускулярных микроскопов (например, протонного микроскопа) и приставок к ним;
• v Разработку методик препарирования образцов, исследуемых в электронных микроскопах;
• v Изучение механизмов формирования электронно-оптических изображений;
• v Разработку способов анализа разнообразной информации (не только изображений), получаемой с помощью электронных микроскопов.

К сожалению, электронная микроскопия ограничена в своих возможностях по исследованию и диагностике поверхности. Несмотря на огромные плюсы, которые она имеет, существует несколько неоспоримых недостатков. К таковым следует отнести, в первую очередь:

• Ш Необходимость достаточного вакуума для получения относительно хорошего разрешения,
• Ш Отсутствие возможности просмотра больших образцов,
• Ш Достижение атомного разрешения в критических для поверхности условиях, когда энергия пучка электронов достигает величины до 300 КэВ.

Электронный микроскоп — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 10⁶ раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов с энергиями 200 В ч 400 кэВ и более (например, просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ). Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000 ч 10 000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля; широко применяется в научных исследованиях строения вещества, особенно в таких областях науки, как биология и физика твердого тела (исследование фотонных кристаллов) и др.

Существует три основных вида электронных микроскопов:

• · Обычный просвечивающий электронный микроскоп; ОПЭМ (появился в 1930;х годах)
• · Растровый (сканирующий) электронный микроскоп; РЭМ, рис 1 (1950;е годы)
• · Растровый туннельный микроскоп; РТМ, рис 2 (1980;е годы)

Электронное изображение формируется электрическими и магнитными полями примерно так же, как световое — оптическими линзами. Магнитное поле, создаваемое витками катушки, по которой проходит ток, действует как собирающая линза, фокусное расстояние которой можно изменять, изменяя ток. Поскольку оптическая сила такой линзы, т. е. способность фокусировать электроны, зависит от напряженности магнитного поля вблизи оси, для ее увеличения желательно сконцентрировать магнитное поле в минимально возможном объеме. Практически это достигается тем, что катушку почти полностью закрывают магнитной «броней» из специального никель-кобальтового сплава, оставляя лишь узкий зазор в ее внутренней части. Создаваемое таким образом магнитное поле может быть в 10−100 тыс. раз более сильным, чем магнитное поле Земли на земной поверхности.

Рис 1 Рис 2