Pozrite sa cez elektrónový mikroskop [SME]

Hlava mravca aj drobné nanodiamanty, kryštálik soli či detail nohy tarantuly
Keď do tej miestnosti na spodnom poschodí jednej z budov bratislavskej Slovenskej technickej univerzity vkročíte, snažíte sa spôsobiť čo najmenší hrmot. Presnejšie, čo najmenšie vibrácie, nesmiete ani rozprávať. V rohu totiž stojí zariadenie, ktoré je na prvý pohľad sklamaním. Pod elektrónovým mikroskopom, šikovným nástrojom na skúmanie sveta takého malého, že menšia od neho je už len ríša molekúl a atómov, si totiž zvyčajne predstavíte ohromné technologické monštrum, ktoré prezrádza záhady drobnej fyziky. V skutočnosti to je však iba akási menšia komora s komínom, miesto na vzorku, niekoľko káblov, pár monitorov a ovládanie, ktoré sa ponáša na ovládanie filmových kamier. A v princípe aj čosi podobné robí.

Zničiť vzorku
Dvojica vedcov Marian Vojs a Marián Marton sa strieda pri ovládaní. Zaostrujú lúč elektrónov a postupne sa posúvajú po vzorke, zväčšujú a ponárajú sa hlbšie do sveta hmoty. Až napokon vidíte nanokryštály, ale aj zväčšené krídlo muchy. „Máte zväzok elektrónov a potom detektor,“ opisuje fungovanie rastrovacieho elektrónového mikroskopu Vojs. „Máte odrazené a vyrazené elektróny a my meriame prúd týchto častíc na detektore. Prakticky meriame, koľko elektrónov sa vyrazí a odrazí z materiálu, z čoho sa poskladá výsledný obraz povrchu materiálov.“ Pri bežnom mikroskope pozeráte na vzorku pomocou svetla a dômyselnej optiky a jej zákonitostí, výsledkom čoho je precíznejší pohľad s maximálne dvetisícnásobným zväčšením. No tu do hry vstupuje trochu iná fyzika. V skutočnosti elektrónový mikroskop nevidí to, čo vedcom ukazuje monitor. A v hre nie sú fotóny. Obraz je vlastne preklad zo sveta elektrónov do sveta, ktorý môžeme vidieť. Preto sú snímky čiernobiele biela znamená veľa elektrónov na detektore, čierna, naopak, málo. A objavuje sa iný problém. Vedci z Fakulty elektrotechniky a informatiky najlepšie pozorujú anorganické vzorky, také, ktoré sú zbavené vody napríklad nanodiamanty či uhlíkové nanorúrky. No Vojs ukazuje, čo sa stane, ak chcete pozorovať organickú nevodivú vzorku. Na vzorke s muchou vyberie kontrastné miesto, kúsok jej krídla. To však začne už po pár sekundách tmavnúť, štruktúra sa rozpadáva, až vznikne tmavá, prakticky jednoliata hmota. Bombardovanie elektrónmi totiž nevodivú vzorku akoby spáli a nenávratne zničí. Ak chcete dômyselné zábery kedysi živého mikrosveta, musíte byť rýchly. Alebo zvoliť inú metódu.

Prostriedok, nie cieľ
Prvé pokusy s elektrónmi, elektromagnetickými poľami a zväčšovaním pochádzajú ešte z 20. rokov minulého storočia. Prvý známy prototyp elektrónového mikroskopu zostrojili nemecký fyzik Ernst Ruska a inžinier Max Knoll už v roku 1931 a v skutočnosti ukázali, že takýto princíp naozaj funguje. Už o dva roky získali zväčšenie väčšie, ako dosahovali dobové optické mikroskopy. Dnes ich prístroj vyzerá predpotopne, nevraviac o schopnostiach. Zariadenie na STU totiž dokáže zväčšovať až miliónkrát – stáť vlastne ostáva až pred dverami do ríše atómov. Na to by vedci už potrebovali iný typ elektrónového mikroskopu. „Ten náš rastruje, prechádza po vzorke zhora,“ vysvetľuje Vojs. „No robí to tak rýchlo, že to podobne ako v prípade televízie vôbec nevidíme.“ Ten druhý typ, takzvaný transmisný elektrónový mikroskop sa pozerá v reze. Elektróny tu prechádzajú cez vzorku a odborníci sa tak dokážu pozrieť „do vnútra“ vecí. Ruska v 30. rokoch vytvoril práve tento typ mikroskopu. Práca s elektrónovým mikroskopom je iba prostriedkom, nie cieľom. Vzrušujúci výlet do mikrosveta totiž v skutočnosti slúži ako nástroj na analýzu a kontrolu: vedci vďaka tomu vytvárajú lepšie senzory na analyzovanie znečistenia odpadových vôd, nové materiály vhodné pre zdravotníctvo a nové elektronické štruktúry. „Cieľom je vyskúmať, či jestvujú modifikácie materiálov, ktoré majú nejaké nové zaujímavé vlastnosti,“ uzatvára Vojs. „Potom je to už iba otázka patentov.“