يمثل هذا المجهر تقنية ميكروسكوبية (انظر الشكل رقم 19) يستخدم فيها شعاع من الإلكترونات؛ لفحص العينات، واختبارها. وتتكوّن الصورة بواسطة الإلكترونات النافذة خلال العينة والتي تكبر وتركز بواسطة عدسة شيئية، ثمّ تعرض على شاشة تصوير، وتكون هذه الشاشة في أغلب المجاهر النفاذة. على هيئة شاشة تفلور مع شاشة مراقبة، أو تعرض الصورة على فيلم تصوير، أو يكشف عن الصورة بواسطة كاشف حسّاس، مثل: كاميرا (CCD).

وحري بالذكر أنه في عام 1939 م نجح العالمان فون بورس Von Borris)) وروسكا (Ruska) في تطوير مجهر إلكتروني نفاذ، حيث حصلا على تحليل قدره 10 نانومترات؛ مما شجّع شركة سيمنس الألمانية على تصنيع هذا الجهاز، ونشره تجاريًا. وفي عام 1941 م استطاع العالمان فانس (Vance) وهلير (Hillier) التوصل إلى حدود تحليل مقداره 2.5 نانومتر؛ وذلك بالاستعانة ببعض المفاهيم الفيزيائية التي طوّرها روسكا (Ruska). وقد انتشر مجهرهما تجاريا وغزا أمريكا الشمالية ⁽²⁴⁾.

ويقع مصدر الجهد العالي (High Voltage) في أعلى المجهر الإلكتروني النفاذ القديم، وتركز العدسات الكهرومغناطيسية الإلكترونات الصادرة من مصدر الجهد العالي خلال العينة، ومن ثم على شاشة المراقبة (تقع في الأسفل). ويمكن وضع فيلم فوتوغرافي حسّاس في أسفل القاعدة؛ لغرض التصوير.

ولو نظرنا من الناحية النظرية، لوجدنا أن أقصى دقة تحليل يمكن الحصول عليها من المجهر الضوئي ستكون مقيدة بالطول الموجي للفوتونات المستخدمة في جسّ العينة، وكذلك في الفتحة العددية للنظام. وقد وضع العلماء في بداية القرن العشرين طرقاً نظرية؛ للوصول إلى حدود الطول الموجي الطويل نسبيًّا للضوء المرئي (أطوال الموجات في المدى تتراوح ما بين 400 – 700 نانومتر) باستخدام الإلكترونات. وتمتلك الإلكترونات – كغيرها من المواد – الخاصية الموجية والجزيئية (حسب تفسير دي برولي). وتعني الخصائص شبه الموجية للإلكترونات، أن حزمة من الإلكترونات يمكن أن تتصرف تصرّف حزمة من الأشعة الكهرومغناطيسية.

وتتولد الإلكترونات عادة في المجهر الإلكتروني عن طريق عملية تعرف بالانبعاث الأيوني الحراري من سلك دقيق جدا يصنع في الغالب من التنجستن، وبطريقة مصباح الإنارة نفسها، أو تتولد بواسطة الانبعاث المجالي. ثمّ بعد ذلك تُعجّل الإلكترونات بواسطة جهد كهربي (يقاس بالفولت)، ويركز على العينة بواسطة عدسات كهروستاتيكية، أو كهرومغناطيسية. ويتعامل الشعاع مع العينة بطرق مختلفة؛ وذلك للاختلاف في الكثافة، أو التركيب الكيميائي للمواد المدروسة.

يحتوي الشعاع النافذ من العينة على معلومات واضحة عن تلك الاختلافات التي تستخدم في تكوين صورة العينة. وكما هو الحال في المجهر الضوئي، حيث تحسّن تفاصيل الصورة بإدخال بعض الشوائب في العينة، فكذلك يمكن استخدام الشوائب في المجهر الإلكتروني؛ لتوضيح الاختلافات في العينة. كما يمكن استخدام مركبات الفلزات الثقيلة، مثل: الأزميوم، والرصاص، واليورانيوم في ترسيب ذرات ثقيلة على نحو انتقائي في مناطق من العينة؛ وذلك من أجل تحسين التفاصيل التركيبية للمادة.

والشكل رقم (20) يوضح صورة أخذت بواسطة المجهر الإلكتروني النفاذ عالي الدقة، وهي خاصة بالتركيب الداخلي لجزء من أداة حفر. ويلحظ في هذه الصورة أنّ التركيب الداخلي يتألف من عدة حبيبات نانوية الحجم، ولا تتعدي أقطارها 5 نانوميترات. ويوضح هذا الشكل أيضًا وجود معظم ذرات المادة على الحدود الخارجية للحبيبات؛ مما كان السبب الرئيس في تمتعها بخواص ميكانيكية متميزة، لا توجد في نظيرتها من المواد المؤلفة من حبيبات كبيرة ⁽²⁴⁾.

شكل رقم (19) المجهر الإلكتروني النفاذ (TEM) (24).

_____________________________________________

هوامش

(24) الاسكندراني؛ محمد شريف. تكنولوجيا النانو من اجل غد أفضل. الكويت: عالم المعرفة (ابريل 2010 م).

(92) www.ShutterStock.com