ENSEANZA REVISTA MEXICANA DE FSICA ~fl(1) 91-10:!

El abc de la formacin de imgenes en un microscopio electrnico

A. Huanosta- TcraInsrillllo de Investigat'iollt's en Malafa/cs. Ulli\'ersidud Nacional AlltlJnO/1/ll de Mxico

Apartado postal 70.360, 04510, Mxico D.F.. Mc.\ico

Recibido el 14 de mayo de 19l)lJ: ;Jceptado el 22 \.k septiemhre de 1999

ENERO 2000

El advenimiento de la microscopa electrnicn ha cambiado nuestra comprensin en torno a ct"lmo est constituida la materia. Esto halllnoitlcado profundamente el campo de la investigacin en 1;;1ciencia de materiales. particularmente dehido ti la posihilidad dc ohtenerf()to~mfas del interior de la materia. Para interpretar algunas caractersticas dc las im~g.el1csde microscopa clcl:trnica dchcmos tener almenos una idea rudimentaria de cmo se formaron stas. En csla nota elementalusalllOS ideas familiares cn ptica clsica para describir laformacin dc imf!cncs en los microscopios electrnicos. Nuestro intcrs estl en hacer nfasis cn a..pcclOs fsicos. cualitativamentc. en elproccso de fOrJllilcin de imgenes particularmente en un microscopio clcclrniro dC'transmisin, Aunque se ha incluido buena cantidad deu"tos. csta nola est dirigida a quienes quieran cOllocer las ideas bsicas ueltcma. m(s que a expertos cn la materia.

lJl'JcriptoreJ: f\.1icroscopio electrnico de transmisin; imagen; formacin de im

A IIUANOSTA.TERA

OJO

Fl(jllRA l. Formaci6n de la imagen en la retina del ojo hum:mo.

p:lIahra ima~l'll. v

EL ABC DE LA FORMACiN DE IMGENES EN UN ~lICR()scell'l() El.ECTRNICO 93

2A. Es la ('n('r~a ele las ondas de luz una Iimitante'?

Ulla medida del poder colector de una lente. o de unsistellla de ellas. lo proporciona el cuadrado de la aperturanumrica. AN. Este nmero dellne el mximo cono de luzque una lente puede alcanzar. desde un punto, en una mues-tra. :\:'\ = 11SI'Il n. donde n es la apertura angular. la cuales un medio del mximo ngulo posihle de la lente. es decir.el ~llgulo para el cual los rayos ms divergentes pasan porla lente para formar ill1.gencs. 11 es el ndice de refraccinde la lente. En un micro,>copio ptico (MO) clsico () puedealean/ar valorcs dt: Oo. El nmcro AN aparece. general.mente. como el segundo lllmero en los tubos objetivos tic losmicroscopio", pticos. Estc va dc O.OOi'. para lentcs objetivasde haja potencia. hasta 1.4, para ohjetivos de alta potencia.como un IOtlX. Para el aire Al\' = 1.

Fut: Emest Ahhe ( IX40-19(5). quien reconoci que ladistancia tran",vcrsallllnima entre dos puntos del ohjeto quese observa. (1que puede resolvcrse en una imagen. es decir.el poder de resolucin (PR). vara directamente con.\ e in-versamente con AN. PH = O.GI A 1..-\ 1\. En realidad. el PRdetermina la calidad de Ull instrumento ptico. Un microsco-pio de luz visihle puede poseer un PR del orden de 200 nm.Con lul. ultraviolCla el PI{ puedc ser hasta de 100 nm.

En el desarrollo dL' la ciencia, la ptica clsica ha tenido unpapel protag6nico. Hahr que reconocer, sin emhargo. lasIimit

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dehido principalmente a que las ondas que forman la lut noSOI1 lo sufkcntcmenlc energticas. La longitud de onda de laluz natural esta en el intervalo 0.5/f1n-l/"1). Se estima quela profundidad de penetracin de un hat. de fotones no es ma-yor que (J.{J()2nm-(J,O(J;j 11m [61. La energa d~ un fotn esapenas del on..!ende un electrn \'011.

'" ,...

3. La microscopa electrnica

J.l. IllIIninamlo el interior de la materia

El concepto de iluminacin. desde luego, no es privativo de laradiacin formada por fotones. Otros tipos de radiacin hansioo implementados como medios de iluminacin. Aunque.como haremos 1101

EL ABe I)E LA F()R~1AC1N VE IMGENES EN UN r-.11CR()SC(H'H)ELECTRNICO 95

ImO\ll'n

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FI

96 A. HUANOSTA-TERA

FllilJR,\ (l. El sistema tlplil.:o de un microscopio c1,sico y un clcc-I rtln iUI.

FI(;URA 7. Un ha de elcctrones que sufre JispersilI elstica eincl

EL ABe DE LA FOR~tACI;' DE lt-.l;\GENES EN UN t-.l1Cl{()SC()l'lO EU':Cmt'\ICO ')7

Ho, 1 1 1 1 1 'ocideole

Imoo.n

FHit'I{\ X. EsquC'ma del proceso de formacin ue imgenes en unIllicro ..copio e1cClftlllico de lransmisill.

pa ....

A HUA:\'OSTA-TERA

PIona dela muestra

a lente

FlCilll{A J O. E:-;qll~lll;j tlc la fOrl11dCin de patrll de difraccln ~imagen tle tina llluestra cristalina.

dislrihuidos regular y peridicamente en el espa;io tridimen-sional. Una seccin transversal de esta regin del espacio eslo qUL'l.onOCl'mos como patrn de difracci6n de electrones.En una placa fotogrfica los puntos ohscuros que forman elpatrn se distrihuyen en arreglos geomtricos definidos. Laparle del ha/oque /lOcontahiliza cn trminos de condicionesde Bragg es la parlc del ha.l que no sufre desviacin respectoal 11

EL ABC DE LA FORMACiN DE 1\1.A.GENES EN UT' t-.IICIH)SCClPlC) ELECTR;\ICO 99

FI(;IIl{ ..\ 11. Ima!!cn de la red cristalina dcl complJe~to cCr:lmicoCa~ d~i.ITi:uO\lu. El l'Olurastc osr.::uro proviene de capa~ deBi;,!O;,!,cn tanto que d claro ('orrespondc a ('apas dc pcrovskitaillll.'rraladas. El Vollajl.' de :!

11111 A IIU:\N()STA.TEK:\

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"'Jaula de .fa'adol

Fl{a'R\ 15. ES411t'lI1a de UlI lllinmcopio electrnico de b:llTiJo.

l!L'roS{lSprogramas dc Clllnputo, con aquellas obtenidas en UllMET. Esta comparacitln y el conocimiento previo que Icn-gamos del malcrial proporcionan el cdigo que permite uncamino para fonnular juici{lS acerca dc la constituci6n inlcr.na de la malcra. El prol"esamiento de im;gcnes lamhin est;sicndo l'\plotado para mcjorar 1

EL ABe DE LA F()1{~lACIC-)NDE IM:\GE:"ES EN UN ~lICl{{)SC()I'I() ELECTl{ON1CO 1111

Haz incidente

Muestra

fll;llI{"\ 16. H,lI. lk clcctrollC

11I2 A. HUANOSTA.TERA

difraL'lada por el ohjeto y la onda difractada resultante es di-fractada. una vez mis. p:)r la lente objetiva. Si la lente ohjeti-V