Электронный микроскоп вместо скучной лабораторной

Самая интересная наука иногда начинается не в институте, а в школьном кабинете. Учитель физики и химии московской школы, материаловед по образованию, давно мечтал собрать коллекцию снимков со сканирующего электронного микроскопа. Мечта сбылась случайно: в школе установили недорогой СЭМ, и педагог организовал кружок, где старшеклассники изучают всё подряд — от сельдерея до процессоров Intel.

Как «фотографирует» электронный пучок

Сканирующий микроскоп работает просто: пучок электронов бомбардирует точки образца, а детекторы подсчитывают вылетающие электроны — яркость каждой точки зависит от их числа. Есть и забавный побочный эффект: заряжаясь отрицательно, образец начинает отражать пучок. Именно это произошло с глазом мухи — классическим объектом микрофотографии: он превратился в электронное зеркало, и на «селфи» микроскопа видны его колонна, детекторы и столик.

Насколько острым бывает карандаш

Другой проект родился из вопроса: насколько остро можно заточить карандаш? Школьники закупили сотни стержней и испробовали все способы — от наждачной бумаги до электрохимического растворения графита в щёлочи. Стержень — композит из графитовых чешуек и полимера, поэтому идеальной иглы не вышло, но методом анодного растворения удалось достичь микронной остроты. Такие иглы пригодятся в туннельной микроскопии.

Магний, цинк и серебряные «ёлочки»

  • Горение магниевой стружки оказалось сложнее, чем кажется: частицы летят по спиральным траекториям. По гипотезе кружка, расплавленный металл покрывается тугоплавкой оксидной оболочкой, а кипящий магний прорывается через трещину и образует реактивную струю, раскручивающую частицу до тысячи оборотов в секунду.
  • Порошок цинка выглядит как капельки от 1 до 100 микрон — так выглядит металл, который расплавили, распылили и быстро охладили.
  • Серебро, вытесненное медью из нитрата, растёт кристаллическими дендритами — «ёлочками».

Процессоры, дрожжи и мшанки

Не обошлось и без «вскрытия» техники: ради снимков пожертвовали двумя процессорами Intel — i3-4170 и чипом эпохи 65-нанометрового техпроцесса. После отпайки и шлифовки под пучком предстали слои медных контактов. Из биологии эффектными оказались колонии дрожжей под ультрафиолетом: они формируют столбики, живущие только у основания.

Главный вывод

Сканирующий электронный микроскоп не имеет принципиального ограничения на разрешение: даже двадцатилетний прибор способен выдать изображение в 8K. Всё упирается не в железо, а в фантазию исследователя.