Explique o princípio de funcionamento de
Passo 1
O enunciado pede para explicar o princípio de funcionamento do microscópio eletrônico de varredura (SEM). Este é um instrumento de caracterização de superfícies que usa um feixe de elétrons em vez de luz visível. Para entender seu funcionamento, precisamos abordar: geração do feixe de elétrons, focalização e varredura, interação com a amostra e detecção dos sinais gerados.
Passo 2
A geração do feixe de elétrons ocorre em um emissor (cátodo) que pode ser uma ponta de tungstênio aquecida (emissão termoiônica) ou um emissor de campo. Uma diferença de potencial
entre o cátodo e o ânodo acelera os elétrons, conferindo-lhes uma energia cinética aproximada igual a
. A menor ordem de grandeza da sua comprimento de onda é dada pela relação de De Broglie:
onde
é a constante de Planck,
a massa do elétron e
sua carga.
Passo 3
Após a emissão, o feixe passa por lentes eletromagnéticas cilíndricas que convergem e reduzem o diâmetro do feixe até valores da ordem de alguns nanômetros. Ajustando correntes nessas lentes, controla-se o comprimento focal e o diâmetro do feixe incidente sobre a amostra, o que determina a resolução espacial.
Passo 4
O feixe focalizado é defletido sobre a amostra por bobinas de varredura (coil de raster). Essas bobinas criam um campo magnético variável que faz o ponto de incidência do feixe percorrer linhas paralelas, digitalizando toda a área de interesse de forma semelhante à varredura de uma TV antiga.
Passo 5
Quando os elétrons acelerados atingem a superfície da amostra, ocorrem várias interações:
• Elétrons secundários, produzidos por colisões inelásticas próximas à superfície, fornecem informação topográfica.
• Elétrons retroespalhados, originados de colisões elásticas profundas, fornecem contraste de composição.
• Raios X característicos, dependentes dos elementos presentes, permitem análise quantitativa.
• Elétrons secundários, produzidos por colisões inelásticas próximas à superfície, fornecem informação topográfica.
• Elétrons retroespalhados, originados de colisões elásticas profundas, fornecem contraste de composição.
• Raios X característicos, dependentes dos elementos presentes, permitem análise quantitativa.
Passo 6
Os elétrons secundários (e, se desejado, os retroespalhados) são coletados por detectores específicos que convertem o fluxo de partículas em sinal elétrico. Esse sinal é sincronizado com a posição de varredura para construir ponto a ponto um mapa de intensidade, gerando a imagem digital da superfície com altos contrastes e resolução nanométrica.
Resposta
O SEM funciona ao emitir um feixe focalizado de elétrons que varre a superfície da amostra em um padrão raster; as interações feixe–amostra geram elétrons secundários e retroespalhados que são detectados e transformados em sinal de intensidade, formando em tempo real uma imagem de alta resolução topográfica e composicional da superfície.