היכולת לספק מידע ברזולוציה גבוהה על מגוון חומרים הפכה את מיקרוסקופ האלקטרונים לכלי רב ערך עבור קהילת המחקר במדעי הפיזיקה. בשנים האחרונות פותחו טכניקות מיקרוסקופ אלקטרונים מתקדמות רבות כדי לספק גישה לסוגים חדשים של חומרים או לספק סוגים חדשים של מידע על חומרים. אוסף שיטות זה מתמקד במבחר מהטכניקות החדישות הללו, כולל אלה המספקות גישה למידע על חומרים בנוזלים ובגזים וכאלה המספקות מידע חדש או משופר על חומרים מוצקים קונבנציונליים יותר.
המאמר הראשון, שנכתב על ידי Moon et al., מתאר טכניקות קרן יונים ממוקדת מצומדת (FIB) ומיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) המבוצעות בטמפרטורות קריוגניות, המאפשרות לאפיין ממשקים נוזליים-מוצקים במצב שלם בקנה מידהננומטרי 1. המחברים מספקים זרימת עבודה לביצוע ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרות אנרגיה (EDX) על דגימות טחונות FIB, כולל הגדרת מכשירים, שימור ממשקי נוזל-מוצק, כרסום דגימות על ידי FIB, והדמיה וניתוח EDX של משטחי החתך המתקבלים. בנוסף לזרימת העבודה, המחברים מספקים קבוצה של תוצאות מייצגות עבור ממשקי אלקטרוליטים מתכת-נוזל ליתיום ודיון כיצד להימנע מחפצים במהלך שלבים שונים בתהליך. הטכניקות המתוארות במאמר זה מספקות גישה חסרת תקדים ברזולוציה גבוהה לממשקים שלמים של נוזל-מוצק והן יקרות ערך לחקר התקני אחסון והמרה של אנרגיה אלקטרוכימית, למשל.
במאמר הבא, אוטסוקה ומוטו מציגים שיטה המכונה ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן ברזולוציה זוויתית גבוהה (HARECEXS) המשתמשת בתיעול אלקטרונים בשילוב עם EDX וספקטרוסקופיה של אובדן אנרגיה אלקטרונית (EELS) במיקרוסקופ אלקטרונים שידור סורק (STEM) כדי לחקור תפוסת אתרים ומידע כימי תלוי אתר על זיהומים/סמים בחומרים2. המחברים מציגים את נהלי הניסוי הדרושים לביצוע ניסויים אלה, כולל עיבוד מקדים של דגימות, הגדרה/תפעול של מכשירים וניתוח נתונים. בנוסף לתוצאות מייצגות עבור BeTiO3 ו-Ca1.8Eu0.2Y0.2Sn0.8O4, המחברים מספקים גם דיון הכולל, בין היתר, הנחיות למשתמשים במכשירים שאינם מצוידים בתכונות מסוימות. טכניקת HARECEXS המתוארת כאן היא כלי שימושי למעקב אחר מידע כימי בקנה מידה אטומי במגוון רחב של מוצרים תעשייתיים.
במאמר הבא, המחברים מיאו ואחרים מתארים שיטות למעקב אחר מיקומי העמודות האטומיות בחומרים גבישיים בדיוק פיקומטר באמצעות STEM3. המחברים דנים בטכניקות לרכישת תמונות STEM ברזולוציה אטומית באיכות גבוהה, עיבוד נתונים למעקב אחר מיקום מראש, כימות מיקום העמודה האטומית והמדידה המקבילה של מתח הסריג והדמיה של התוצאות. מוצג גם ממשק משתמש גרפי (GUI) של MATLAB המסייע בתהליכים אלה, כמו גם תוצאות מייצגות עבור מבני פרובסקיט ודיון על חבילות ניתוח זמינות שונות, בין היתר. טכניקות אלו מאפשרות לעקוב אחר שדות מתח, למשל, במגוון חומרים עם דיוק גבוה ורזולוציה מרחבית גבוהה.
לאחר מכן, Unocic ואחרים מציגים שיטה לביצוע מדידות ברזולוציה גבוהה באתרם של חומרים העוברים תגובות בסביבות גזיות ב-STEM, הידועה כתגובת גז תא סגור באתרה (CCGR)4. מוצג פרוטוקול הניסוי לביצוע ניסויי CCGR, כולל הכנת דגימה, מחזיק STEM והכנת מערך ניסוי, וכיצד להריץ את הניסוי ולבצע את ניתוח הגז השיורי (RGA). המחברים מספקים תוצאות מייצגות עבור זרז הטרוגני של ננו-חלקיקי Pt וכן דיון נוסף על הכנת הדגימה ויישומי הטכניקה. באמצעות טכניקת CCGR-STEM ניתן לזהות תגובות דינמיות מקומיות, דבר מאתגר מאוד בשיטות אחרות אך חשוב לחקר זרזים וחומרים מבניים, למשל.
במאמר האחרון באוסף, Zheng et al. מדגימים שיטות למיפוי שדות מגנטיים בקנה מידה ננומטרי על ידי הולוגרפיה אלקטרונית מחוץ לציר במיקרוסקופ אלקטרונים שידור (TEM)5. המחברים כוללים תיאור של השלבים הכרוכים בביצוע הניסוי וכן בניתוח הנתונים ופירוש התוצאות. המחברים מספקים גם תוצאות מייצגות עבור סקיירמיונים מגנטיים ודיון כיצד לייעל ניסויים. טכניקת ה-TEM ההולוגרפית המתוארת במאמר מאפשרת למפות שדות מגנטיים בשני מימדים ברזולוציה ננומטרית ובעתיד תאפשר לבצע מדידות בתלת מימד בשילוב עם טכניקות טומוגרפיות. ובכך לספק את ההזדמנות לחקור ננו-מבנים מגנטיים תלת מימדיים.
עם הזמן, מיקרוסקופ אלקטרונים מקיף מגוון רחב יותר ויותר של טכניקות, המרחיבות את טווח ההגעה שלו מהשגת מידע מבני ויסודות בסיסי על חומרים מוצקים למתן מידע מפורט יותר ברזולוציה גבוהה על תכונות אלה, מדידת תכונות חדשות לחלוטין כמו התפלגות שדה חשמלי/מגנטי, ואפיון דגימות במגע עם חומרים נדיפים כגון נוזלים וגזים. אוסף שיטות זה מכסה מגוון רחב של טכניקות אלה, מייצג משאב רב ערך לחוקרים המתחילים לעבוד בתחומים השונים שבהם טכניקות מיקרוסקופ אלקטרונים מתקדמות אלה לא יסולא בפז, ומספק רקע מוצק לאלה שימשיכו לפתח טכניקות אלה בעתיד.