SME
Utorok, 16. august, 2022 | Meniny má Leonard

Pozrite sa s nami cez elektrónový mikroskop

Hlava muchy aj drobné nanodiamanty, rúrky z uhlíka či detail nohy tarantuly.

Kryštálik cukru.Kryštálik cukru. (Zdroj: FEI STU / Ústav elektroniky a fotoniky)

Keď do tej miestnosti na spodnom poschodí jednej z budov bratislavskej Slovenskej technickej univerzity vkročíte, snažíte sa spôsobiť čo najmenší hrmot. Presnejšie, čo najmenšie vibrácie, nesmiete ani rozprávať. V rohu totiž stojí zariadenie, ktoré je na prvý pohľad sklamaním.

Pod elektrónovým mikroskopom, šikovným nástrojom na skúmanie sveta takého malého, že menšia od neho je už len ríša molekúl a atómov, si totiž zvyčajne predstavíte ohromné technologické monštrum, ktoré prezrádza záhady drobnej fyziky.

V skutočnosti to je však iba akási menšia komora s komínom, miesto na vzorku, niekoľko káblov, pár monitorov a ovládanie, ktoré sa ponáša na ovládanie filmových kamier. A v princípe aj čosi podobné robí.

Zničiť vzorku

Dvojica vedcov Marian Vojs a Marián Marton sa strieda pri ovládaní. Zaostrujú lúč elektrónov a postupne sa posúvajú po vzorke, zväčšujú a ponárajú sa hlbšie do sveta hmoty. Až napokon vidíte nanokryštály, ale aj zväčšené krídlo muchy.

„Máte zväzok elektrónov a potom detektor,“ opisuje fungovanie svojho rastrovacieho elektrónového mikroskopu Vojs. „Máte odrazené a vyrazené elektróny a my meriame prúd týchto častíc na detektore. Prakticky meriame, koľko elektrónov sa vyrazí a odrazí z materiálu, z čoho sa poskladá výsledný obraz povrchu materiálov.“

Pri bežnom mikroskope pozeráte na vzorku pomocou svetla a dômyselnej optiky a jej zákonitostí, výsledkom čoho je precíznejší pohľad s maximálne dvetisícnásobným zväčšením. No tu do hry vstupuje trochu iná fyzika. V skutočnosti elektrónový mikroskop nevidí to, čo vedcom ukazuje monitor obrazovky. A v hre nie sú fotóny.

Obraz je vlastne preklad zo sveta elektrónov do sveta, ktorý môžeme vidieť. Preto sú snímky čiernobiele – biela znamená veľa elektrónov na detektore, čierna, naopak, málo.

A objavuje sa iný problém. Vedci z fakulty elektrotechniky a informatiky najlepšie pozorujú anorganické vzorky, také, ktoré sú zbavené vody – napríklad nanodiamanty či uhlíkové nanorúrky.

No Vojs ukazuje, čo sa stane, ak chcete pozorovať organickú nevodivú vzorku. Na vzorke s muchou vyberie dostatočne kontrastné miesto, kúsok jej krídla.

To však začne už po pár sekundách tmavnúť, štruktúra sa rozpadáva, až vznikne tmavá, prakticky jednoliata hmota. Bombardovanie elektrónmi totiž nevodivú vzorku akoby spáli a nenávratne zničí. Ak chcete dômyselné zábery kedysi živého mikrosveta, musíte byť rýchly. Alebo zvoliť inú metódu.

Prostriedok, nie cieľ

Prvé pokusy s elektrónmi, elektromagnetickými poľami a zväčšovaním pochádzajú ešte z dvadsiatych rokov minulého storočia. Prvý známy prototyp elektrónového mikroskopu zostrojili nemecký fyzik Ernst Ruska a inžinier Max Knoll už v roku 1931 a v skutočnosti ukázali, že takýto princíp naozaj funguje.

Už o dva roky získali zväčšenie väčšie, ako dosahovali dobové optické mikroskopy. Dnes ich prístroj vyzerá predpotopne, nevraviac o schopnostiach. Zariadenie na STU totiž dokáže zväčšovať až miliónkrát – stáť vlastne ostáva až pred dverami do ríše atómov. Na to by vedci už potrebovali iný typ elektrónového mikroskopu.

„Ten náš rastruje, prechádza po vzorke zhora,“ vysvetľuje Vojs. „No robí to tak rýchlo, že to podobne ako v prípade televízie vôbec nevidíme.“

Ten druhý typ, takzvaný transmisný elektrónový mikroskop sa pozerá v reze. Elektróny tu prechádzajú cez vzorku a odborníci sa tak dokážu pozrieť „do vnútra“ vecí. Ruska v tridsiatych rokoch vytvoril práve tento typ mikroskopu.

Práca s elektrónovým mikroskopom je však pre vedcov iba prostriedkom, nie cieľom.

Vzrušujúci výlet do mikrosveta totiž v skutočnosti slúži ako nástroj na analýzu a kontrolu: vedci vďaka tomu vytvárajú lepšie senzory na analyzovanie znečistenia odpadových vôd, nové materiály vhodné pre zdravotníctvo a nové elektronické štruktúry.

„Cieľom je vyskúmať, či jestvujú modifikácie materiálov, ktoré majú nejaké nové zaujímavé vlastnosti,“ uzatvára Vojs. „Potom je to už iba otázka patentov.“

Výskum bol realizovaný vďaka podpore v rámci OP Výskum a vývoj pre projekt „Podpora dobudovania Centra excelentnosti pre smart technológie, systémy a služby II“ (Smart II), ITMS 26240120029, spolufinancovaného zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

SkryťVypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

SkryťVypnúť reklamu
SkryťVypnúť reklamu
SkryťVypnúť reklamu
SkryťVypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Lukáš Kovanda

Sankcie účinkujú, ich efekt sa dostaví v dlhodobejšom horizonte, tvrdí ekonóm Kovanda.


15. aug
Peter Tkačenko

Príliš ochotne a rýchlo pristúpil na ultimáta.


3 h
Tenistky Slovana Bratislava po triumfe v extralige v roku 2020 aj s Belindou Benčičovou.

Ako vyzerá tenisová extraliga na Slovensku?


11 h
Vojna na Ukrajine

Vojna na Ukrajine pokračuje.


a 5 ďalší 19 h

Neprehliadnite tiež

Ilustračné foto.

Ľudia sú závislí od dvanástich potravín.


15. aug
Filip Dvořák, exper na umelú inteligenciu má české aj americké občianstvo.

Nepozerajte sa na umelú inteligenciu ako na nepriateľa, hovorí.


15. aug

Nové správy zo sveta vedy.


a 2 ďalší 12. aug
Podcast Klik.

Komentovaný prehľad technologických správ.


a 2 ďalší 13. aug
SkryťZatvoriť reklamu