顕微鏡の仕組みを、知りたいです。

質問

顕微鏡について調べています。
　図解雑学「ナノテクノロジー」という本で、説明を読んだのですが、
　私自身が文系の専攻だということもあり、理解ができません。

　私が理解をしたいと思っているのは、
　「大体どういった原理の顕微鏡なのか」ということです。
　それが解説してあるのですが、専門用語の壁に阻まれて困っています。

　たとえば、AFMについての説明は以下のとおりです。
　「カンチレバーと呼ばれる板バネの先についた探針をプローブとして用い、プローブと試料表面間に働く原子間力を検出する。原子間力を物理量として、この力が一定になるように圧電素子を用いて探針と試料間の距離を自動調整し、試料表面に沿って探針を走査することで、資料表面の凹凸を測定する。そして、圧電素子に加えた制御電圧を記録・画像化することでAFMの画像が得られる。」　

こういう説明ではなく、直感的でも良いので、素人にも分かる説明はないものかと思いました。たとえば、「モノとモノの間には、反発しあう力が実は働いている。それは磁石のN極同士の反発を思い浮かべていれば、今のところはそれでよろしい。それで、”原子間力”を感じ取る針で、「特殊な針」が、観察したいものの表面をなぞるように走らせる。針が感じ取った原子間力のデータをコンピューターに送信して、画像ができあがり。」
・・・まあ、多くの間違いはあるのでしょうが、
こういった説明を、それぞれの顕微鏡について、いただければ、とても助かるなと思い、ここに投稿させていただきます。

どうぞ、よろしくお願いいたします。

◇透過型電子顕微鏡（TEM）
◇走査型電子顕微鏡（SEM）
◇走査型トンネル顕微鏡（STM）
◇近接場光学電子顕微鏡（SNOM）
◇原子間力顕微鏡（AFM）

回答No.3

rnakamra · ベストアンサー

質問者の挙げている顕微鏡を大きく二つに分けると

電子顕微鏡
◇透過型電子顕微鏡（TEM）
◇走査型電子顕微鏡（SEM）
と
走査型プローブ顕微鏡
◇走査型トンネル顕微鏡（STM）
◇近接場光学顕微鏡（SNOM）
◇原子間力顕微鏡（AFM）

に大別されます。

電子顕微鏡
通常の光学顕微鏡と同じような方式で観測しますが、以下の点が異なります。
・光の変わりに電子ビームを使う。
・レンズの代わりに磁場と電場を使い曲げる。
電子ビームの波長は加速電圧に依存しますが、通常の可視光よりもずっと短くできるため分解能が圧倒的によくなります。
TEMはサンプルを通した電子線を結像させてダイレクトに拡大像を得ます。
SEMは表面を細く絞った電子ビームでなぞり、反射された電子やサンプルからたたき出された電子、X線などを検出し像を作り出します。
サンプルの大きさの制限があること、基本的に真空中での観察しかできないこと、サンプルの表面に電荷がたまらないように導電性になるように処理が必要なことなどいろいろな制約があります。

走査型プローブ顕微鏡
サンプルの表面に微小な針を近づけ、この針とサンプルとの距離が一定になるように調整しながら針で表面をなぞります。このようにして表面の凹凸を観察する顕微鏡であり、普通の光学顕微鏡とはかなり違った方式で観察します。
問題となるのは針とサンプルの間の距離をどのように一定に保つのか、ということです。
高さを制御することは0.1nm以下のレベルでも可能です。距離を検知する方法の違いがそれぞれの顕微鏡の違いとなっています。
STMは針とサンプルの間に電圧をかけておくと、距離に応じて流れる電流が大きく変化するという性質を使います。(接触しているわけではなく、浮いている物体間にトンネル電流という電流が流れます)
AFMは針とサンプル間に働く原子間力によりカンチレバーが曲がるため、その曲がり量が一定になるように制御します。
SNOMは近接場光が針で散乱され光として測定可能であることを利用しています。
電子顕微鏡と違い大気下で観測可能(ものによっては液中でも可能)です。

お礼

SNOMだけが、意味不明（私の知識不足）でしたが、
ムチャクチャ分かりやすかったです。

ナツメ社の本よりも、遥かにわかりやすかったです。
どうも、ありがとうございました！

回答No.2

noname#194996

とりあえずひとつ　AFM
てこの先の細い針を一定方向へ動かして資料に(原子間力で）接触しようとする直前の力を圧電素子１のひずみとして覚えておいて、それが一定になるようにてこの根元の圧電素子２に加える電圧を制御し、そのデータ変化をテレビに映してでこぼこを画像にする、ということでしょうかね。余計にむづかしくなったかも…。

ほかのやつも自分で調べて平易にかけってこってすか？

お礼

いいえ。わかりやすかったです。どうもありがとうございます。
なんといっても、知識がほぼゼロに等しい中、違った表現で書いていただくことで、そのものの本質が浮かび上がってくる…ような気がしました。

他のやつ・・・。
そうしていただけると・・・ありがたいです。
自分でも、もう少しトライしてみます。

とにかくも、どうもありがとうございました。

回答No.1

nananotanu

とりあえず、１つ

>モノとモノの間には、反発しあう力が実は働いている
あの～～～原子間力って引力ですけど

お礼

ご回答、どうもありがとうございました！
どちらか忘れたので、反発の方に賭けました。
説明のほうを、お待ちしております。
よろしくお願いいたします。