Microscopio electrónico de barrido

Primer microscopio electrónico de barrido de M. von Ardenne.
Microscopio electrónico de barrido.

El microscopio electrónico de barrido (MEB o SEM, por Scanning Electron Microscope), es una técnica de microscopía electrónica capaz de producir imágenes de alta resolución de la superficie de una muestra utilizando las interacciones electrón-materia. Utiliza un haz de electrones en lugar de un haz de luz para formar una imagen.

Apoyándose en los trabajos de Max Knoll de los años 1930 fue Manfred von Ardenne quien logró inventar el MEB en 1937 que consistía en un haz de electrones que barría la superficie de la muestra a analizar, que, en respuesta, reemitía algunas partículas. Estas partículas son analizadas por los diferentes sensores que hacen que sea posible la reconstrucción de una imagen tridimensional de la superficie.

Los trabajos realizados en la década de 1960 en el laboratorio de Charles Oatley en la universidad de Cambridge han contribuido en gran medida al desarrollo del MEB, y dieron lugar en 1965 a la comercialización por Cambridge Instrument Co. de los primeros microscopios de barrido.[2]

Los MEB poseen una gran profundidad de campo, que permite enfocar a la vez gran parte de la muestra. También producen imágenes de alta resolución, de forma que las características más ínfimas de la muestra pueden ser examinadas con gran amplificación. La preparación de las muestras es relativamente fácil ya que la mayoría de los MEB sólo requieren que estas sean conductoras. La muestra generalmente se recubre con una capa de carbono o una capa delgada de un metal, como el oro, para darle carácter conductor. Posteriormente, se barre la superficie con electrones acelerados que viajan a través del cañón. Un detector formado por lentes basadas en electroimanes, mide la cantidad e intensidad de los electrones que devuelve la muestra, siendo capaz de mostrar figuras en tres dimensiones mediante imagen digital.

Antecedentes

Los primeros instrumentos desarrollados para este propósito fueron los microscopios ópticos. Estos instrumentos consistieron, a lo largo de los años, desde una simple lupa hasta un microscopio compuesto. Sin embargo, aún en el mejor instrumento óptico, la resolución está limitada a la longitud de onda de la luz que se utilice, que en este caso es la luz violeta, cuya longitud de onda es de aproximadamente 400 nanómetros, separación máxima entre detalles que puede observarse de esta manera. En términos de amplificación, esto quiere decir que no podemos amplificar más de 1000 veces.

Una salida inmediata a éste límite de resolución, fue utilizar alguna radiación de longitud de onda más corta que la de la luz violeta. Los candidatos inmediatos son los rayos X, que se caracterizan por una longitud de onda del orden de 0, 15 nanómetros; desafortunadamente éstos tienen la gran desventaja de ser absorbidos rápidamente por las lentes de vidrio, y de no poder ser desviados por las lentes magnéticas (además de las precauciones que debería tener el operador).

Otra posibilidad que se contempló fue la de aprovechar el comportamiento ondulatorio de los electrones acelerados por alguna diferencia de potencial. Sea el caso, por ejemplo, de electrones acelerados en un campo de 100 000 voltios que presentan comportamiento ondulatorio con una longitud de onda de 0, 0037 nm (3, 7 picómetros), lo que en principio permitiría tener un aparato que resolviera detalles del mismo orden. Esto, en principio, sería suficiente para resolver detalles atómicos, puesto que los átomos en un sólido están separados en un orden de 0, 2 nm. Sin embargo, en la práctica, los detalles inherentes a la técnica de observación o los defectos en el maquinado de las piezas polares producen aberraciones.

Manfred von Ardenne

En 1928, Manfred von Ardenne estableció su laboratorio de investigación privadaForschungslaboratorium für Elektronenphysik,[5]

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