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