Interaction du faisceau d'électrons avec l'échantillon
Un microscope électronique utilise un faisceau d'électrons accélérés comme source d'éclairage. La longueur d'onde d'un électron pouvant être jusqu'à 100 000 fois plus courte que celle des photons visibles, les microscopes électroniques ont un pouvoir de résolution supérieur à celui des microscopes optiques et peuvent révéler la structure d'objets plus petits.
Les microscopes électroniques permettent d'étudier l'ultrastructure d'une grande variété d'échantillons biologiques et inorganiques, notamment les micro-organismes, les cellules, les grosses molécules, les échantillons de biopsie, les métaux et les cristaux. Dans l'industrie, les microscopes électroniques sont souvent utilisés pour le contrôle qualité et l'analyse des défauts.
Lorsque le faisceau d'électrons interagit avec l'échantillon, il perd de l'énergie par divers mécanismes. Cette énergie perdue est convertie en chaleur, émission d'électrons secondaires de basse énergie et d'électrons rétrodiffusés de haute énergie, émission de lumière (cathodoluminescence) ou émissions de rayons X. Ces signaux fournissent des informations sur les propriétés de la surface de l'échantillon, telles que sa topographie et sa composition. L'image affichée par un MEB cartographie les variations d'intensité de chacun de ces signaux dans l'image, à une position correspondant à la position du faisceau sur l'échantillon lors de sa génération.
Les microscopes électroniques sont coûteux à construire et à entretenir, mais les coûts d'investissement et de fonctionnement des systèmes de microscopes confocals optiques sont désormais supérieurs à ceux des microscopes électroniques classiques. Les échantillons doivent être observés en grande partie sous vide, car les molécules qui composent l'air disperseraient les électrons.
Les microscopes électroniques à balayage fonctionnant en mode classique à vide poussé permettent généralement d'observer des échantillons conducteurs ; les matériaux non conducteurs nécessitent donc un revêtement conducteur (alliage or/palladium, carbone, osmium, etc.). Le mode basse tension des microscopes permet l'observation d'échantillons non conducteurs sans revêtement.
Les matériaux non conducteurs peuvent également être imagés au microscope électronique à balayage à pression variable (ou environnemental). Les petits échantillons stables, tels que les nanotubes de carbone, les frustules de diatomées et les petits cristaux minéraux (fibres d'amiante, par exemple), ne nécessitent aucun traitement particulier avant d'être examinés au microscope électronique. Les échantillons de matériaux hydratés, dont la quasi-totalité des échantillons biologiques, doivent être préparés de diverses manières pour les stabiliser, réduire leur épaisseur (coupe ultrafine) et augmenter leur contraste optique électronique (coloration).
