Le aberrazioni delle lenti magnetiche

Nonostante nel corso degli anni vi siano stati notevoli progressi e miglioramenti dal primo microscopio elettronico, i mezzi attuali non consentono di produrre lenti magnetiche esenti da imperfezioni.  Infatti, al contrario delle moderne lenti utilizzate in microscopia ottica, le quali possono essere realizzate con un altro grado di precisione, le lenti magnetiche impiegate nei comuni microscopi elettronici di oggi soffrono, a tutti gli effetti, di significative aberrazioni. Tra queste, quelle che compromettono maggiormente la risoluzione di un microscopio elettronico sono l’aberrazione sferica, l’aberrazione cromatica e l’astigmatismo.

L’aberrazione sferica limita la capacità del microscopio di poter far percepire un maggior grado di dettagli nell’immagine all’aumentare dell’ingrandimento. Questo difetto si esplica quando il campo magnetico generato dalla lente influenza maggiormente gli elettroni più lontani dall’asse ottico: tali elettroni vengono più fortemente deviati verso l’asse ottico, facendoli convergere in punto differente rispetto agli altri elettroni, Conseguentemente un oggetto realmente appare come un disco circolare.

L’aberrazione cromatica è dovuta al fatto che gli elettroni del fascio primario non posseggono tutti esattamente la stessa energia: queste piccole variazioni di energia sono principalmente dovute a lievi fluttuazioni nell’alta tensione e all’interazione del fascio di elettroni con il campione. Le prime sono tranquillamente trascurabili, in quanto la variazione di energia è pari a circa 1 eV per elettroni con energie prossime a centinaia di KeV. Viceversa, quando in microscopia elettronica a trasmissione gli elettroni incontrano il campione e lo attraversano, la variazione di energia del fascio trasmesso rispetto a quella del fascio incidente è tanto maggiore quanto più spesso è il campione. Ne consegue che più sottile è il campione e minore è l’entità dell’aberrazione cromatica sulla qualità dell’immagine. Una volta attraversato il campione, gli elettroni con più bassa energia vengono deviati più fortemente dal campo magnetico generato dalla lente di obiettivo, provocando un risultato analogo a quello dell’aberrazione sferica.

Infine, l’astigmatismo si esplica nel momento in cui gli elettroni risentono di un campo magnetico non uniforme. Tale non uniformità può essere dovuta a piccole imperfezioni strutturali dei pezzi polari delle lenti introdotti in fase di costruzione dei pezzi stessi o alla contaminazione all’interno della colonna, ad esempio sui bordi dei diaframmi. In quest’ultimo caso, i residui presenti sui diaframmi vengono caricati elettrostaticamente dagli elettroni che vi impattano, causando deflessioni del fascio stesso e contribuendo in modo significativo all’astigmatismo complessivo. Tale aberrazione può essere facilmente corretta mediante gli stigmatori, i quali generano un piccolo campo magnetico compensante la non uniformità di quello prodotto dalla lente. Tuttavia, qualora la colonna sia fortemente contaminata, la correzione introdotta dagli stigmatori potrebbe non essere sufficiente: in questo caso è necessario un intervento tecnico di manutenzione.  Media System Lab, è in grado di fornire questo tipo di interventi, dove i suoi tecnici controllano lo stato complessivo della colonna elettron-ottica ed eseguono tutte le procedure per un’adeguata pulizia, in modo da garantire sempre i massimi standard prestazionali.

Per approfondimenti: Williams D.B. and Carter C.B., Transmission Electron Microscopy: A Text Book for Materials Science,2nd edition, Springer 

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