परमाणुओं को देखने के लिए TEM-EELS एक बेहतरीन उपकरण है। TEM-EELS को दो उपकरणों, TEM और EELs में विभाजित किया गया है। आइए प्रत्येक सिद्धांत के बारे में जानें।


आजकल, हम यह मान लेते हैं कि सभी पदार्थ परमाणुओं से बने हैं, लेकिन 150 साल पहले भी, लोगों को संदेह था कि क्या परमाणु वास्तव में मौजूद हैं। वास्तव में, उस समय तक परमाणुओं के अस्तित्व के अप्रत्यक्ष साक्ष्य पहले ही बड़ी मात्रा में जमा हो चुके थे। फिर भी, वैज्ञानिकों द्वारा अपने संदेह को त्यागने का कारण केवल यह था कि उन्होंने पहले कभी परमाणु नहीं देखे थे। उस समय वैज्ञानिक आवर्धक कांच से जो सबसे छोटी चीजें देख सकते थे, वे बैक्टीरिया थे, लेकिन परमाणुओं को देखने के लिए, आपको सैकड़ों-हजारों गुना अधिक बढ़ाना पड़ता था। स्वाभाविक रूप से, वैज्ञानिक इतने बेतुके छोटे पदार्थ के अस्तित्व को आसानी से स्वीकार नहीं कर सके। और वह अपनी आँखों से परमाणुओं के अस्तित्व की पुष्टि करना चाहता था।

तो वह निर्णायक कारक क्या था जिसने वैज्ञानिकों को परमाणुओं के अस्तित्व की पुष्टि करने के लिए प्रेरित किया? जिस उन्नत आवर्धक कांच ने उन्हें सीधे परमाणुओं के अस्तित्व को दिखाया वह ईएम (इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप) था। ईएम को उसके संचालन तंत्र के आधार पर कई प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से, जो अपने उच्चतम रिज़ॉल्यूशन के लिए ध्यान आकर्षित कर रहा है वह TEM-EELS (ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप-इलेक्ट्रॉन एनर्जी लॉस स्पेक्ट्रोस्कोपी) है। जैसा कि नाम से पता चलता है, TEM-EELS को दो उपकरणों, TEM और EELs में विभाजित किया गया है।

टीईएम एक उपकरण है जो विश्लेषण के लिए किसी वस्तु पर इलेक्ट्रॉनों को प्रोजेक्ट करता है और फिर अपवर्तित इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेप पथ का विश्लेषण करता है। किसी वस्तु को बनाने वाले परमाणु एक धनात्मक आवेशित नाभिक और एक ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन में विभाजित होते हैं। तदनुसार, जब टीईएम उपकरण से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन किसी वस्तु के आंतरिक भाग से गुजरते हैं, तो उन्हें परमाणु नाभिक से एक आकर्षक बल और परमाणु नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों से एक प्रतिकारक बल प्राप्त होता है। यदि कोई इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के पास से गुजरता है, तो इलेक्ट्रॉन का प्रक्षेपित प्रक्षेप पथ परमाणु आकर्षण द्वारा अपवर्तित हो जाता है। इलेक्ट्रॉनों के इस विक्षेपण को लोचदार प्रकीर्णन कहा जाता है। दूसरी ओर, प्रक्षेपित इलेक्ट्रॉन को नाभिक से कुछ दूरी पर नाभिक के चारों ओर अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है। क्योंकि परमाणु नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन व्यापक रूप से अंतरिक्ष में फैले हुए हैं, जब दो इलेक्ट्रॉन टकराने के लिए पर्याप्त करीब आते हैं तो इलेक्ट्रॉनों के बीच प्रतिकर्षण के कारण महत्वपूर्ण विक्षेपण होता है। जब प्रक्षेपित इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन के बहुत करीब पहुंचता है, तो प्रक्षेपित इलेक्ट्रॉन एक मजबूत प्रतिकारक बल द्वारा दूसरी दिशा में उछल जाता है। इस तंत्र के कारण होने वाले अपवर्तन को बेलोचदार प्रकीर्णन कहा जाता है। आमतौर पर, लोचदार प्रकीर्णन के कारण इलेक्ट्रॉन विक्षेपण की डिग्री अकुशल प्रकीर्णन की तुलना में अधिक होती है। इसलिए, टीईएम अपवर्तित इलेक्ट्रॉन के प्रक्षेप पथ को देख सकता है और पता लगा सकता है कि क्या यह लोचदार बिखरने (परमाणु नाभिक) या अकुशल बिखरने (इलेक्ट्रॉन) से आया है। टीईएम बार-बार इलेक्ट्रॉनों को एक ही दिशा और गति से किसी वस्तु के विभिन्न बिंदुओं तक पहुंचाता है और रिकॉर्ड करता है कि परमाणु नाभिक कहां स्थित है और इलेक्ट्रॉन कहां स्थित हैं। इन आंकड़ों के संयोजन से हमें यह जानने की अनुमति मिलती है कि पूरे ऑब्जेक्ट में परमाणुओं की व्यवस्था कैसे की जाती है।

हालाँकि, उपरोक्त विधि में एक समस्या है। उदाहरण के लिए, मान लें कि इलेक्ट्रॉनों को एक छोटे सकारात्मक चार्ज वाले परमाणु नाभिक के चारों ओर टीईएम का उपयोग करके प्रक्षेपित किया जाता है। क्योंकि धनात्मक आवेश का आकार छोटा होता है, परमाणु नाभिक और प्रक्षेपित इलेक्ट्रॉन के बीच आकर्षक बल कम हो जाता है, इसलिए इलेक्ट्रॉन के विक्षेपित होने की डिग्री भी कमजोर हो जाती है। जब यह घटना बिगड़ती है, तो टीईएम यह भेद करने में असमर्थ हो जाता है कि कमजोर अपवर्तित इलेक्ट्रॉन लोचदार बिखरने से आते हैं या अकुशल बिखरने से। इसलिए, वैज्ञानिकों ने अतिरिक्त रूप से टीईएम को ईईएलएस नामक एक उपकरण से सुसज्जित किया। ईईएलएस एक उपकरण है जो इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को रिकॉर्ड करता है जबकि टीईएम संचरित इलेक्ट्रॉनों के प्रक्षेप पथ को रिकॉर्ड करता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, जब प्रक्षेपित इलेक्ट्रॉन लोचदार प्रकीर्णन का अनुभव करते हैं, तो परमाणु नाभिक के आकर्षण के कारण उनकी दिशा बस बदल जाती है। हालाँकि, जब इलेक्ट्रॉन अकुशल प्रकीर्णन का अनुभव करते हैं, तो वे नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों से टकराने के लिए काफी करीब आ जाते हैं और उछल जाते हैं, इसलिए इलेक्ट्रॉनों की गति नाटकीय रूप से बढ़ जाती है। इसलिए, भले ही लोचदार प्रकीर्णन और बेलोचदार प्रकीर्णन प्रक्षेपित इलेक्ट्रॉनों को एक समान सीमा तक अपवर्तित करते हैं, ईईएलएस के साथ इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा का निर्धारण करके, यह निर्धारित करना संभव है कि इलेक्ट्रॉनों को किस प्रकीर्णन के माध्यम से अपवर्तित किया गया था। उदाहरण के लिए, यदि एक इलेक्ट्रॉन एक निश्चित प्रक्षेपवक्र में गति या गतिज ऊर्जा के साथ इतना बड़ा पाया जाता है कि लोचदार रूप से बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों में यह नहीं हो सकता है, तो यह निर्धारित किया जा सकता है कि यह इलेक्ट्रॉन अकुशल बिखरने के कारण अपवर्तित था।

TEM-EELS, जो उपरोक्त तंत्र के माध्यम से आधुनिक वैज्ञानिकों के लिए एक आवर्धक लेंस के रूप में कार्य करता है, का उपयोग उनके पूरे शोध में किया जाता है। आधुनिक समाज में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के भौतिक और रासायनिक गुणों को अधिकतम करने के लिए, परमाणु-स्तर के प्रयोग आवश्यक हैं। TEM-EELS के बिना अन्य अप्रत्यक्ष तरीकों का उपयोग करके किसी सामग्री की परमाणु व्यवस्था या प्रकार की पुष्टि करना काफी बोझिल और कठिन है। उदाहरण के लिए, कोरिया में वर्तमान में व्यावसायीकृत अर्धचालक उत्पादन प्रक्रिया 10nm स्तर इकाई का उपयोग करती है, और 10nm में केवल 100 परमाणु होते हैं। भले ही इन 100 परमाणुओं में से केवल एक भी गलत स्थान पर हो, अर्धचालक ठीक से काम नहीं करेगा। परमाणु संरचना को सीधे देखे बिना यह पुष्टि करना भी असंभव है कि अर्धचालक में कुछ गड़बड़ है या नहीं। TEM-EELS नामक उच्च प्रदर्शन वाले आवर्धक लेंस के महत्व पर एक बार फिर जोर दिया गया है।