目前光學顯微鏡所能達到的極緻分辨率是0.2微米，而電子顯微鏡能達到0.2納米，所以它能拍攝到直徑0.1納米的原子的影像。
電子顯微鏡誕生于1937年，是為了在醫學研究中觀察光學顯微鏡下無法成像的病原體而發明的。電子顯微鏡外形上看是一個長筒，内部是真空的。它的工作過程是從長筒頂部發出電子束照射樣本後，形成攜帶圖像的電子束，然後打在熒光屏或照相幹闆上，我們就能看到樣品被放大的圖像。
電子顯微鏡就是光學顯微鏡的升級版，它用電子束代替光來成像，電子束和光都具有波粒二象性，生成合适的電子束波長就能顯著提高電子束的成像分辨率，這是光學顯微鏡遠不能及的。
常用的掃描電子顯微鏡具體是如何工作的呢？
它的頂部有一個電子槍，由一個帶小孔的正極和一個帶鎢絲的負極構成，正負極之間有很高的電壓形成電場，當負極一端的鎢絲通電發熱就會釋放出電子，在電場力的作用下加速飛向正極，從小孔逃逸出去，就形成了電子束，這就相當于光學顯微鏡的光源。
為了達到最大分辨率，—般要求電子槍的電壓保特在5─10萬伏，以便形成波長千分之五納米的電子束，正是這個極短的波長，讓顯微鏡能夠達到超過300萬倍的放大倍率。
電子槍發出的電子束是發散光，所以要通過電磁透鏡來聚焦形成彙聚光線。電磁透鏡實際就是一個通電的線圈，它形成磁場，使穿過其中的電子束在洛侖茲力的作用下改變方向，形成彙聚光線；彙聚的電子束穿過另一個電磁透鏡，再次聚焦，去照射被觀察的樣本上的某一小塊面積，入射的電子讓這一小塊面積的樣本，被激發出了次級電子，這些電子散射出來就在旁邊的熒光屏上形成了被照射的這一小塊的圖像。
要觀察整個樣品，就要通過調節物鏡的電磁場來控制穿過其中的電子束的偏轉，讓電子束的焦點移動，去一行一行的掃描樣本，這樣旁邊的熒光屏上就逐漸出現了完整的樣品的表面立體圖像。
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