Перед нами стоит статуя Мыслителя Родена и мы кидаем в нее камнями. По тому, как отскочит камень, мы можем сказать, попал он в ямку или в выпуклость, — и в зависимости от этого зарисовываем статую отскок за отскоком. Так же работает электронный микроскоп, где камни — это электроны, а Мыслитель — это объект, который мы рассматриваем.

Допустим, наш Мыслитель размером 10 микрометров. Использовать дневной свет, которого достаточно для оптического микроскопа, чтобы разглядывать такой маленький объект, — все равно, что бросать валуны в статую. И здесь нужно разобраться с явлением дифракции, которое и заставило человечество придумать электронный микроскоп.

Нанометр — это супер-мало, примерно 10 атомов гелия в ряд. Наши волосы как раз растут со скоростью примерно 2-3 нанометра в секунду.

Дифракция — это способность света огибать объекты. У света, как известно, раздвоение личности — он одновременно и волна, и поток частиц. Из двух частей корпускулярно-волнового дуализма нас интересует та часть, где свет — волна. У волны есть длина, и у видимого света она составляет от 390 до 750 нм. Если размер объекта меньше 250нм, как у клетки крови или вируса гриппа, мы не сможем его разглядеть в оптическом микроскопе, так как волна света будет его огибать, а изображение будет размытым.

Электронный микроскоп был придуман, чтобы бороться с такими ограничениями. Вместо света он использует поток электронов с длинами волн меньше 1 нм. Внутри микроскопа стоят магниты. Они искривляют этот поток, собирают его в очень узкий пучок и «водят» им по образцу, который лежит под электронной пушкой в вакууме: в воздухе электроны ударялись бы об атомы и теряли энергию.

Когда электрон вылетел из пушки и ударился в какое-то место на образце, это место возбуждается и начинает выбрасывать целую гамму излучений: рентгеновское, поток вторичных электронов, оже-электроны и обратно рассеянные электроны.

Оже-электроны способны рассказать нам, из каких элементов состоит сканируемый объект и как они в нем распределены.

Из них вторичные электроны — самые главные. Детектор в микроскопе регистрирует их количество и строит свое представление о точке — а если точнее, о контрасте точки. Водя потоком по образцу (отсюда — сканирующий), точка за точкой микроскоп получает сведения об их контрасте (по шкале от белого до черного) и составляет из этих точек черно-белое растровое изображение, которое мы и видим. Цветные изображения со сканирующих микроскопов — это раскраска: цвет поток электронов передать не может.