Mezi TOP 100 nejlepšími přístroji loňského roku je také mikroskop s českými kořeny

Renomovaný vědecký časopis R&D Magazine vyhlašuje každý rok už od roku 1963 přesně 100 výrobků v různých kategoriích, které však mají společného jmenovatele. Je jím zaznamenáníhodný pokrok v technologickém vývoji. Ocenění udílí tým odborníků z akademických, vládních i průmyslových institucí a dočká se ho pouze přístroj, který obstojí v tvrdé konkurenci dalších produktů svého oboru. Podobného ocenění se za 46 let dočkaly takové inovace jako filmy pro fotoaparáty Polaroid (1963), bankomaty (1973), halogenové výbojky (1974), faxy (1975), displeje LCD (1980), nikotinové náplasti (1992), HDTV (1998) nebo nyní naposledy rastrovací elektronový mikroskop Magellan vyvinutý firmou FEI Company. Česká republika na to může být právem hrdá, neboť na jeho vývoji se podíleli vedle odborníků z USA a Nizozemska významnou měrou právě Češi. Magellan je rastrovací elektronový mikroskop, který překonal dosavadní hranici rozlišovací schopnosti elektronových mikroskopů této kategorie. „To zásadní, čím se Magellan liší od konkurence, je fakt, že se jeho rozlišovací schopnost pohybuje pod hranicí 1 nm v oblasti energie elektronového svazku 30 až 1 keV. Právě takto nízké energie svazku se dnes stávají pro zkoumání materiálů více potřebné, neboť jsou jednak vhodné pro zkoumání nevodivých materiálů, jednak materiálů citlivých na poškození elektronovým svazkem,“ vysvětluje Jaroslav Chmelík, ředitel vývoje brněnské pobočky firmy FEI a jeden z autorů vynálezu, který tento pokrok umožnil: „Platí zde přitom jednoduché pravidlo, že čím univerzálnější přístroj je, tím nižší energii umí využívat. Pokud se tedy podíváme na údaje Magellanu, zjistíme že: ve 30 kilovoltech v prozařovacím režimu dosáhne rozlišení 0,6 nanometrů. V režimu detekce sekundárních elektronů, což je normální režim, ve kterém se většina lidí dívá na vzorek, dosáhne rozlišení 0,8 nanometrů a to od 30 až do 2 keV energie svazku. Pak se rozlišení s klesající energií zhoršuje, ale na 1 keV je stále ještě 0,9 nanometru, na 200 eV je to 1,5 nanometrů a na 100 eV jsou to 2 nanometry. A to je výsledek, který jiné přístroje dosahují při mnohem vyšší energii elektronového svazku.” Energie elektronového svazku se dá u Magellanu nastavit od 30 kiloelektronvoltů do 50 elektronvoltů a do budoucna se počítá s tím, že bude možné dosáhnout nuly. V širokém rozmezí je také možno nastavovat proud svazku, dopadajícího na vzorek. Od 0,6 pikoampérů do 22 nanoampér. Vyplývá z toho, že přístroj je primárně určen jako zobrazovací, protože umí rozeznat malé detaily v dobrém rozlišení. Může však sloužit i jako analytický, pokud je k němu připojen například analyzátor rentgenového záření. Magellan má velmi vysoký poměr užitečného signálu k šumu (kvalitní obraz), a to i při použití velmi nízkých energií elektronů a velmi nízkých proudů ve svazku. Nízké hodnoty jsou využitelné zejména pro biology, neboť znamenají nižší poškození pozorovaného vzorku. To také předurčuje Magellan k využívání základním materiálovém výzkumu, v polovodičovém průmyslu a v biologickému výzkumu. Jaroslav Chmelík pak dále objasňuje, co přesně ja na Magellanu jedinečné: „Všeobecná tendence tvůrců elektronových mikroskopů jít k co nejnižším hodnotám energie elektronového svazku s sebou nese řadu problémů. Čím nižší energie elektronu je, tím více se uplatňují optické vady mikroskopu a obecně klesá jeho rozlišovací schopnost. Magellan se však všem těmto negativním jevům zdárně vyhýbá pomocí aplikace různých technologií.” Technologická kouzla, která Magellanu umožňují to, co umí V první řadě využívá elektronový tubus, ve kterém je použita technologie imerzní čočky a vzorek může být umístěn v magnetickém poli, což umožňuje nejvyšší možné rozlišení. Za druhé Magellan využívá unikátní technologii monochromatického svazku. Pomocí monochromatického svazku je možné dosáhnout dobrého rozlišení při nízké energii elektronového svazku. Je to dáno tím, že na rozdíl od obyčejného snížení energie, kdy elektrony ve svazku mají různou energii a tím zvyšují chromatickou vadu, jsou elektrony ve svazku u Magellanu monochromatizovány (sníží se rozptyl energie ve svazku). Tím se tedy potlačí chromatická vada a dobrého rozlišení se dosáhne i v nízkých urychlovacích napětích. Za třetí je možné u Magellanu použít imerzní elektrostatickou čočku, která podobně jako magnetická imerzní čočka snižuje optické vady při nízkých energiích elektronového svazku. A začtvrté je silnou stránkou Magellanu také technologie detekce. Detektory mají vysoký zisk a nízký šum a dosahují vysoké kvality obrazu na displejích počítačů. V Magellanu je navíc nainstalován protihlukový kryt, který umožní dosáhnout výše zmíněných parametrů i v běžně hlučném prostředí. Hluk obecně totiž mikroskopům škodí, protože mikroskop zvětšuje třeba milionkrát všechno, co se děje na vzorku. Tedy i vibrace vzorku způsobené právě zvukem. Roman Hřebecký