透射電子顯微鏡

透射電子顯微鏡（英語：Transmission electron microscope，縮寫：TEM、CTEM），簡稱透射電鏡，是把經加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像，影像將在放大、聚焦後在成像器件（如熒光屏、膠片、以及感光耦合組件）上顯示出來。

由於電子的德布羅意波長非常短，透射電子顯微鏡的分辨率比光學顯微鏡高的很多，可以達到0.1～0.2 nm，放大倍數為幾萬～百萬倍^[1]。因此，使用透射電子顯微鏡可以用於觀察樣品的精細結構，甚至可以用於觀察僅僅一列原子的結構，比光學顯微鏡所能夠觀察到的最小的結構小數千倍。TEM在物理學和生物學等相關的許多科學領域中都是重要的分析方法，如癌症研究、病毒學、材料科學、以及納米技術、半導體研究等等。

在放大倍數較低的時候，TEM成像的對比度主要是由於材料不同的厚度和成分造成對電子的吸收不同而造成的。而當放大率倍數較高的時候，複雜的波動作用會造成成像的亮度的不同，因此需要專業知識來對所得到的像進行分析。通過使用TEM不同的模式，可以通過物質的化學特性、晶體方向、電子結構、樣品造成的電子相移以及通常的對電子吸收對樣品成像。

第一台TEM由馬克斯·克諾爾和恩斯特·魯斯卡在1931年研製，這個研究團隊於1933年研製了第一台分辨率超過可見光的TEM，而第一台商用TEM於1939年研製成功。

歷史

最開始的研究

恩斯特·阿貝最開始指出，對物體細節的分辨率受到用於成像的光波波長的限制，因此使用光學顯微鏡僅能對微米級的結構進行放大觀察。通過使用由奧古斯特·柯勒和莫里茨·馮·羅爾研製的紫外光顯微鏡，可以將極限分辨率提升約一倍。然而，由於常用的玻璃會吸收紫外線，這種方法需要更昂貴的石英光學元件。當時人們認為由於光學波長的限制，無法得到亞微米分辨率的圖像。

1858年，尤利烏斯·普呂克認識到可以通過使用磁場來使陰極射線彎曲。這個效應早在1897年就由曾經被費迪南德·布勞恩用來製造一種被稱為陰極射線示波器的測量設備，而實際上早在1891年，里克就認識到使用磁場可以使陰極射線聚焦。後來，漢斯·布斯在1926年發表了他的工作，證明了制鏡者方程在適當的條件下可以用於電子射線。

1928年，柏林科技大學的高電壓技術教授阿道夫·馬蒂亞斯讓馬克斯·克諾爾來領導一個研究小組來改進陰極射線示波器。這個研究小組由幾個博士生組成，這些博士生包括恩斯特·魯斯卡和博多·馮·博里斯。這組研究人員考慮了透鏡設計和示波器的列排列，試圖通過這種方式來找到更好的示波器設計方案，同時研製可以用於產生低放大倍數（接近1:1）的電子光學原件。1931年，這個研究組成功的產生了在陽極光圈上放置的網格的電子放大圖像。這個設備使用了兩個磁透鏡來達到更高的放大倍數，因此被稱為第一台電子顯微鏡^[2]。在同一年，西門子公司的研究室主任萊因霍爾德·盧登堡提出了電子顯微鏡的靜電透鏡的專利。

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