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MAGGIO 2018 AUTOMAZIONE OGGI 406 160 Simona Boninelli , IMM-CNR (Catania) con la luce solare. Da qui nacque l’idea di utilizzarle per generare un’immagine ingrandita di un campionee, infatti, nel 1931 si riuscì aottenereun ingrandimentodi 17X. Sebbenequesto fosse inferiore a quello ottenibile con unmicroscopio convenzionale, la proof of concept era stata di- mostrata: laprogettazionedelmicroscopioelettronico (dettoTEMdaTransmissionElectronMi- croscope) non era più un’idea stravagante…e questo in accordo con quanto teorizzato da De Broglie. Va tuttavia sottolineato che i difetti delle lenti elettromagnetiche costituivano ancora un grande limite nel raggiungimento di elevate risoluzioni. Nel corso del tempo, le prestazioni dei TEMsonomiglioratenotevolmentegrazieancheall’introduzionedi correttori di aberrazioni che, riducendo i difetti delle lenti, permettono l’accesso al nanomondo con risoluzioni spaziali inferiori all’Angstrom (10 -10 m). Oggi- giorno, il TEM è diventato uno stru- mento di importanza fondamentale nello studio delle proprietà strutturali di materiali inorganici e biologici ed, essendo spesso associato a strumenti di analisi spettroscopica, ne permette anche la mappatura chimica. Alcuni progressi fondamentali della microscopia convenzionale hanno portato allo sviluppo di tecni- che quali l’olografia e la tomografia elettronica. La prima, sfruttando i fenomeni di interferenza delle onde elettroniche , è diventato un strumento essenziale nell’ambito dellamicroelettronica perché fornisceuna chiara raffigurazionedei campi elettrici nei dispositivi integrati. La seconda, offrendo la visualizzazione 3D di nanomateriali, è di primaria importanza nell’ambito della ri- cercabiomedicale (è, infatti, una sortadi TACsuscalananometrica). L’ultimagenerazionedi TEM ha raggiunto risoluzioni tali da rivelare la presenza di singoli atomi in materiali bidimensionali come il grafene, fornendo informazioni sulla lorostrutturaelettronica locale, simmetriee legami chimici. Cosa ci riserva il futuro inquestocampo? La frontieradellamicroscopiaelettronicamira a uno ‘svecchiamento’ dell’attuale concezione di questa tecnica, intesa come strumento atto all’osservazione staticadimateriali incondizioni di equilibrio. Essapunta, piuttosto, a intendere il microscopiocomeun ‘nanolaboratorio’ incui, perturbando lamateria, seneosserva la reazione in tempo reale: è l’ambito della microscopia in situ . Già oggi, in alcuni laboratori d’eccellenza nel mondo si studiano fenomeni dinamici indotti da variazioni di temperatura, stress e reazioni elettrochimiche, in cui i materiali possono essere anche immersi in liquido o gas. Il vero punto di svolta sarà segnato dalla futura generazione di TEM a 4D ( dynamic TEM ) che consentirà lo studio di fenomeni ultra veloci indotti da sorgenti laser nella scala temporale dei femtosecondi (10 -15 sec). Chissà se ai suoi esordi Ruska poteva prevedere che 50 anni dopo avrebbe vinto il premio Nobel per la fisica per i sui lavori pioneristici nel campo della microscopia e chissà se poteva prevedere che altri riconoscimenti sarebbero stati attribuiti grazie agli enormi progressi inquesto campo (l’ultimonel 2017, è stato assegnato a J. Dubochet, J. Frank e R. Hendersonper per lo sviluppo della criomicroscopia). Quel che sembra certo alla sottoscritta è l’attualità della frasedi Feynmandel 1959: “There’sPlentyofRoomattheBottom” cheva investigatoecompreso. E lamicroscopia elettronica darà ancora il suo contributo. AO AUTOMAZIONE DOMANI t is poor comfort to hope that human ingenuity will find ways and means of overcoming this limit : con queste parole E. Abbe, uno dei gi- ganti della microscopia ottica della seconda metà del 1800, si rassegnava ad accettare il limite imposto dalla Natura sulla minima lunghezza risolvibile nell’osservazione della materia. Tale limite è dettato dalla luce utiliz- zata con il microscopio ottico, che permette di raggiungere una risoluzione non inferiore alla metà della sua lunghezza d’onda. Alla fine del 1800 la massima risoluzione otteni- bile, che era di circa 700 nm (1 nm = 10 -9 m), rendeva impossibile l’osservazione della ma- teria vivente composta da virus e proteine o delle proprietà nanometriche dei materiali inorganici. In effetti, lo sconforto di Abbe era comprensibile poiché egli morì ben vent’anni prima cheL. DeBroglieproponessenel 1924 il dualismoonda-particella. Grazieaquestapro- prietà, accelerando elettroni con energie del keV, essi manifestano comportamenti ondu- latori con lunghezze d’onda inferiori di 6-7 or- dini di grandezza. In linea di principio, quindi, essi potevano essere utilizzati per osservare la materia con una risoluzione enormemente superiore. Bisognava, però, progettare unmi- croscopio adatto… In quegli stessi anni, alla Technological University di Berlino, M. Knoll, ancora del tutto ignaro della teoria di De Bro- glie, reclutò alcuni studenti per portare avanti gli studi sui raggi catodici: tra questi vi era E. Ruska, che progettò alcune lenti elettroma- gnetiche in grado di deflettere un fascio di elettroni proprio come fa una lente di vetro I Viaggiando ai limiti dell’invisibile L’immagineTEMoriginale mostra alcuni difetti cristallografici in germanio cristallino. In questo caso particolare, la loro forma ricorda la silhouette di due ballerini