Ионный микроскоп представляет собой исследовательский прибор, в котором для формирования изображения используется не пучок электронов, как в привычных электронных микроскопах, а поток ионов. Эти ионы генерируются специальным источником, например, газоразрядным или термоионным. По своему основному принципу действия прибор схож с электронным микроскопом: ионный пучок проходит через изучаемый образец, где по-разному рассеивается и поглощается в зависимости от структуры материала. Затем сфокусированная системой магнитных или электростатических линз информация проецируется на экран или фотопластинку, формируя увеличенное изображение объекта.
Теоретические преимущества и потенциал
Несмотря на то, что было создано лишь несколько экспериментальных моделей, интерес к разработке ионных микроскопов сохраняется. Это связано с их значительным теоретическим преимуществом в разрешающей способности. Дело в том, что длина волны де Бройля для ионов при одинаковом ускоряющем напряжении существенно меньше, чем для электронов. Это означает, что мешающие дифракционные эффекты, которые ограничивают разрешение электронных микроскопов, в ионных приборах проявляются гораздо слабее. Кроме того, такие микроскопы должны обеспечивать лучшую контрастность изображения, особенно для тонких органических пленок. Согласно расчетам, контраст, создаваемый рассеянием протонов в пленке толщиной 50 Å, может в несколько раз превосходить контраст от рассеяния электронов. Также считается, что ионные пучки менее чувствительны к изменению массы частиц при высоких ускоряющих напряжениях.
Практические недостатки и реальное применение
Однако на пути практического применения ионных микроскопов стоят серьезные технические трудности. Ключевыми недостатками являются значительная потеря энергии ионами даже при прохождении через ультратонкие образцы, что неизбежно приводит к их повреждению и распаду. Помимо этого, системы страдают от сильной хроматической аберрации, имеют слабое фотографическое действие, а люминофор экрана быстро разрушается под бомбардировкой ионов. Именно эти фундаментальные проблемы, несмотря на все теоретические преимущества, не позволили ионным микроскопам с линзами составить конкуренцию электронным аналогам в реальных лабораториях. Гораздо более успешным и практически значимым оказалось другое направление — ионный проектор, который является безлинзовым прибором и нашел свою нишу в научных исследованиях.