microscopio elettronico

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1 GIORGIO VALLE microscopio elettronico Conferenza tenuta il 19 aprile 1933-XI

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3 La proprietà che hanno i raggi catodici di propagarsi rettilineamente nel vuoto e, senza subire una troppo forte diffusione, anche in un gas rarefatto, quando la lor velocità superi un certo limite crescente con la pressione ha reso possibile di utilizzare l'azione deviatrice di appropriati campi magnetici od elettrici per realizzare un istrumento elettrico analogo al microscopio ordinario dell'ottica. Il microscopio elettronico, ideato e costruito di recente, mentre ha a comune con quello ottico la facoltà di produrre ingrandimenti fortissimi, presenta appunto per la sua natura elettrica, il grande vantaggio di consentire l'esame di oggetti e di fenomeni ben diversi da quelli suscettibili di studio col microscopio ordinario. Donde l'importanza pratica del nuovo istrumento, che costruttivamente si può far derivare dall'oscillografo catodico, di cui conserva certi elementi essenziali. Con un facile calcolo si dimostra che in un campo magnetico omogeneo longitudinale, cioè diretto nel senso in cui si propaga un fascetto di raggi catodici uscenti con lieve divergenza da un punto, le traiettorie degli elettroni diventano elicoidali. A ogni giro completo queste traiettorie si incontrano di nuovo tutte in un punto; sicché, lungo la direzione primitiva di propagazione si formano, quando agisca il campo magnetico, tante immagini successive equidistanti dal punto-origine dei raggi catodici, quanti sono i giri completi che le traiettorie degli elettroni possono compiere entro il campo stesso. La distanza delle immagini, eh'è il passo comune a tutte le traiettorie elicoidali, è direttamente proporzionale alla velocità degli elettroni e inversamente all' intensità del campo magnetico. Il fenomeno descritto si ottiene circondando il tubo, in cui si propagano i raggi catodici, con un lungo solenoide percorso da cor-

4 70 rente elettrica: si ha così nell'interno un campo magnetico praticamente omogeneo. Col campo non omogeneo prodotto allo stesso modo mediante un solenoide molto corto, il fenomeno assume altro aspetto: l'immagine è una sola e questa si forma a una distanza dal piano del solenoide che soddisfa, variando la posizione di questo ultimo, alla stessa legge che vale per le lenti ottiche. Il corto solenoide costituisce quindi, per i raggi elettronici, una «lente magnetica». La sua distanza focale risulta direttamente proporzionale al diametro del solenoide ed inversamente al quadrato degli ampèrespire che vi circolano ed è inoltre proporzionale alla differenza di potenziale attraversata dagli elettroni. Se questi sono emessi da una sorgente estesa, un'immagine simile della medesima si forma egualmente e lo stesso avviene se al posto della sorgente si trova già un' altra immagine. V ultima immagine è raccolta da uno schermo fluorescente o da una lastra fotografica. Per l'ingrandimento valgono le stesse leggi dell'ottica. La sola differenza sta nel fatto che l'immagine si presenta, anziché capovolta, ruotata di un certo angolo rispetto all'oggetto, angolo che varia, come la distanza focale, al variare dell'intensità della corrente nel solenoide. La «lenti magnetiche» hanno consentito per prime la costruzione di un microscopio elettronico. Soddisfacenti risultati si sono ottenuti però più tardi anche ricorrendo a «lenti elettriche». Si sfrutta in queste la proprietà che ha un doppio strato elettrico, entro il quale il potenziale subisce una forte variazione, di comportarsi rispetto a un fascio di raggi catodici, che lo incontri sotto un certo angolo, come la superficie di separazione di due mezzi trasparenti diversi rispetto a un fascio di raggi luminosi. L'indice di rifrazione, nel caso di un doppio strato elettrico col salto di potenziale V, è /2 = /1 + V/Vo, se Vo è il potenziale acceleratore attraversato prima dagli elettroni. It doppio strato elettrico può essere realizzato con due reticelle metalliche parallele molto vicine, tenute alla differenza di potenziale V. Se le due reticelle sono foggiate a calotta sferica si ottiene l'analogo di un diottro ; due di tali doppie calotte, di curvatura diversa e col potenziale invertito, costituiscono una «lente elettrica», convergente o divergente a seconda del salto di potenziale, della velocità degli

5 71 elettroni e della forma, simile in complesso, quest'ultima, a quella d'una lente ordinaria. Nelle applicazioni le «lenti elettriche» di questo tipo sono state però sostituite da dispositivi più semplici (p. es. tre elettrodi forati vicini e paralleli, di cui i due esterni messi a terra e l'interno al potenziale V) capaci di produrre un campo elettrico non omogeneo avente lo stesso effetto. Troviamo perciò oggi, accanto al microscopio elettronico magnetico (Knoll e Ruska), anche quello elettrico (Bruche e Johannson). Si tratta, in ambedue i tipi, di strumenti composti di almeno due lenti, che ne costituiscono rispettivamente l'obbiettivo e il proiettore, alle quali conviene aggiungere una terza, che le preceda con le funzioni di un condensatore. Il microscopio può essere utilizzato sia per l'osservazione diretta del catodo caldo che emette gli elettroni e dei processi che si svolgono alla sua superficie, sia per l'esame di oggetti diversi, per trasparenza o per riflessione. Numerose ricerche sono state condotte già a termine con questi metodi e si sono ottenuti risultati molto interessanti specialmente per quanto riguarda il processo di emissione catodica. Con immagini perfette, sono stati ottenuti d'altra parte già ingrandimenti fino a 400 diametri e sonò da attendersi in breve maggiori progressi in relazione col simultaneo sviluppo degli studi teorici sull'ottica geometrica degli elettroni. Ciò che conferisce inoltre un aspetto molto promettente al problema del microscopio elettronico, è il fatto che> data la piccolissima lunghezza d'onda che la meccanica ondulatoria assegna agli elettroni, agli effetti della loro diffrazione, si può prevedere che il potere risolutivo del nuovo istrumento abbia a risultare notevolmente più elevato di quello del microscopio ordinario e sia quindi possibile di superare in seguito di gran lunga gli ingrandimenti consentiti a quest'ultimo, rivelando strutture più minute, non lontano dai limiti delle dimensioni molecolari (1). (1) Il testo di questa conferenza è stato pubblicato integralmente nell' «Elettrotecnica», 20, del Scrivendo ora questo breve riassunto, l'autore non può tralasciare di accennare ai perfezionamenti che successivamente sono stati apportati all'istrumento, specialmente per opera del Ruska. Si sono ottenuti ultimamente con elettroni veloci (75000 Volt) degli ingrandimenti che si aggirano intorno ai diametri e il potere risolutivo è stato portato a un valore quasi dieci volte maggiore di quello massimo del microscopio ordinario.

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