thumb|right|Uma imagem obtida a partir do MET. O vírus da poliomielite mede 30 nm.
Um (MET) é um microscópio no qual um feixe de elétrons é emitido em direção a uma amostra ultra fina, interagindo com a amostra enquanto a atravessa. A interação dos elétrons transmitidos através da amostra forma uma imagem que é ampliada e focada em um dispositivo de imagem, como uma tela fluorescente em uma camada de filme fotográfico, ou detectada por um sensor como uma câmera CCD.Pavel Zinin; Transmission electron microscope; - www.soest.hawaii.edu
Um MET é capaz de exibir imagens a uma resolução significativamente maior em comparação com os microscópios óticos devido ao pequeno comprimento de onda dos elétrons. Tal característica permite ao usuário examinar detalhes ínfimos, até mesmo uma simples coluna de átomos, a qual é dezenas de milhares vezes menor do que o menor objeto reconhecível em um microscópio ótico. O MET é um dos principais métodos de análise em uma vasta gama de campos científicos, tanto em ciências físicas quanto biológicas. O MET é aplicado na pesquisa do câncer, virologia e na ciência dos materiais, além das pesquisas de poluição, nanotecnologia e semicondutores.W. R. Runyan,T. J. Shaffner; Semiconductor measurements and instrumentation; McGraw-Hill Professional, 1998.
A pequenas ampliações, o (contraste) na imagem deve-se à absorção de elétrons pelo material, como consequência da sua espessura e composição. A ampliações maiores, a intensidade da imagem é resultante de um conjunto complexo de interações de ondas, o que requer a análise das imagens obtidas por parte de peritos. A alternância entre estas formas de uso permite observar através do MET modulações na composição química, orientação de cristais, estrutura eletrônica e a indução da mudança da fase eletrônica bem como as comuns imagens baseadas na absorção do material.Goldstein, G. I.; Newbury, D. E.; Echlin, P.; Joy, D. C.; Fiori, C.; Lifshin, E.; Scanning electron microscopy and x-ray microanalysis. New York: Plenum Press. (1981).
O primeiro MET foi construído por Max Knoll e Ernst Ruska em 1931, parte do grupo que desenvolveria o primeiro MET com poder de resolução superior ao da luz em 1933 e o primeiro TEM comercial em 1939.
História Desenvolvimento inicial left|thumb|O primeiro MET, originalmente instalado no I.G. Farben-Werke e agora em exposição no Deutsches Museum em Munique, Alemanha.
Foi Ernst Abbe quem originalmente postulou que a capacidade para obtenção de detalhe na visualização de um objeto era limitada pelo comprimento de onda da luz usada no processo, limitando assim a ampliação máxima possível de ser obtida através de um microscópio óptico para alguns micrometros.<ref>E. Abbe.; Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung. Archiv für Mikroskopische Anatomie, Vol. 9, No. 1. (1 December 1873), pp. 413-418. DOI: 10.1007/BF02956173</ref>
O desenvolvimento ocorrido nos microscópios de raios ultravioleta, conduzido por Köhler e Rohr, viria a permitir um aumento de ampliação de cerca de um ou dois fatores.ultraviolet microscope. (2010). In Encyclopædia Britannica. Retrieved November 20, 2010, from Encyclopædia Britannica Online Contudo, este tipo de luz implicava o uso de componentes óticos de quartzo mais dispendiosos, devido à sua absorção dos raios UV. Na época, acreditava-se que obter uma imagem abaixo de um micrômetro seria simplesmente impossível devido às restrições impostas pelo comprimento de onda da luz.
Já anteriormente, em 1858, tinha sido constatado por Plücker que o desvio de raios catódicos (elétrons) era possível graças ao uso de campos magnéticos. Este efeito foi usado na construção de osciloscópios de raios catódicos (ORC) primitivos em 1897 por Ferdinand Braun, concebidos como dispositivos de medição. De fato, em 1891, foi admitido por Riecke que os raios catódicos podiam ser focados por esses campos magnéticos, permitindo o uso de lentes simples. Posteriormente esta teoria foi confirmada por Hans Busch no seu trabalho publicado em 1926, que mostrou que as equações aplicadas à ótica podiam, mediante determinados pressupostos, ser também aplicadas aos electrões.History of resolution enhancement in electron microscopy driven by Ernst Abbe - www.salve-project.de Barry R Masters; History of the Electron Microscope in Cell Biology - www.fen.bilkent.edu.tr
Em 1928, na Universidade de Tecnologia de Berlim, Adolf Matthias, professor de Tecnologia de alta tensão e instalações elétricas, nomeou Max Knoll para liderar um grupo de investigadores para aperfeiçoar o desenho do ORC. Esse grupo era composto por diversos doutorandos incluindo Ruska e Bodo von Borries. A equipa ocupou-se sobretudo com o desenho das lentes e o posicionamento da coluna do ORC, do qual tentaram obter parâmetros que poderiam ser otimizados para permitir a construção de melhores modelos de ORC, assim como o desenvolvimento de componentes óticos para electrões que pudessem ser usados na geração de imagens em ampliações menores (próximas de 1:1). Em 1931 o grupo conseguiu a geração de imagens ampliadas de malhas colocadas sob a abertura do ânodo. O dispositivo usava duas lentes magnéticas para conseguir ampliações maiores sendo este, discutivelmente, o primeiro microscópio eletrônico. No mesmo ano Reinhold Rudenberg, diretor científico da Siemens, um microscópio de electrões com uma lente eletroestática.
Aumento da resolução Nesta época, ainda não tinha sido completamente compreendido o comportamento em onda dos elétrons, que ainda se considerava serem partículas carregadas de matéria. Foi apenas em 1927 que se publicou De Brogle Hypotesis, uma investigação sobre a onda natural de elétrons. O grupo só teve conhecimento da publicação em 1932, momento em que rapidamente compreendeu que o comprimento da onda de Broglie era muitas ordens de magnitude menor que o comprimento da onda de luz, teoricamente permitindo imagens à escala do átomo. Em abril de 1932, Ruska sugeriu a construção de um novo microscópio de eletrões para a visualização direta de amostras inseridas no microscópio, em vez de simples malhas ou imagens feitas a partir de diafragmas. Com este dispositivo conseguiu-se tanto uma imagem difrativa como uma imagem normal de uma folha de alumínio. Contudo, não foi possível demonstrar ampliações maiores do que as já possíveis com microscópios óticos, objetivo que apenas foi alcançado em setembro de 1933, com o registo de imagens de fibras de algodão momentos antes de serem rapidamente desfeitas pelo feixe de eletrões.
Nesta altura, o interesse no projeto do microscópio eletrônico aumentou, com outros grupos a contribuir para o avanço da tecnologia do MET, tal como o de Albert Prebus e James Hillier, ambos da Universidade de Toronto e autores do primeiro MET dos Estados Unidos em 1938.
A Siemens continuou a pesquisa em 1936, tendo como objetivo melhorar as propriedades de visualização do MET, principalmente no que diz respeito a amostras biológicas. Naquela época, os microscópios eletrônicos eram fabricados para grupos específicos, tal como o dispositivo "EM1" utilizado no Laboratório Nacional de Física do Reino Unido. Em 1939, o primeiro microscópio eletrônico comercial foi instalado no departamento de física do I. G Farben-Werke. O avanço na investigação sofreu um revés durante II Guerra Mundial, quando um bombardeio aéreo destruiu os laboratórios da Siemens e causou a morte de dois dos investigadores, Heins Müller e Friedrich Krause.
Outras pesquisas Depois da Segunda Guerra Mundial, Ruska retomou a pesquisa na Siemens, onde construiu o primeiro microscópio capaz de ampliações na ordem das 100 mil vezes. Os princípios estruturais deste microscópio, com vários estágios de preparação ótica, é usado ainda hoje nos microscópios modernos. Começam a ser fabricados aparelhos em Manchester, no Reino Unido, nos Estados Unidos pela RCA, na Alemanha pela Siemens, e no Japão. A primeira conferência internacional sobre o tema foi organizada em Delft em 1942, contando com mais de cem participantes. De entre as conferências que se seguiram, inclui-se a "Primeira" conferência internacional em Paris, em 1950, e a de Londres em 1954.
Com o desenvolvimento do MET, iniciou-se a reinvestigação tecnológica no campo do microscópio eletrónico por varredura de transmissão (STEM), que apenas viria a ter resultados práticos no final da década de 1970, quando Albert Crewe da Universidade de Chicago desenvolveu o canhão de emissão de campo e adicionou uma lente objetiva de alta qualidade na criação do primeiro STEM. Com este desenho, Crewe demonstrou a capacidade de visualização de átomos através da técnica de imagem de campo escuro anular. Crewe, em conjunto com colaboradores na Universidade de Chicago, desenvolveu também a emissão de elétrons por campo a frio e construiu um STEM capaz de visualizar átomos únicos sobre finos substratos de carbono.
Fundamentos O objetivo de qualquer tipo de microscopia é determinar a estrutura do objeto a partir do qual está se obtendo a imagem observada. No caso da microscopia quantitativa tem-se de conhecer para este propósito não somente as propriedades ópticas do sistema de imagem mas também as características da iluminação do objeto sob investigação (aqui, num sentido independente de luz visível ou outro tipo de radiação).H. A. Ferwerda; Coherence of illumination in electron microscopy; Lecture Notes in Physics, 1980, Volume 112/1980, 85-94, DOI: 10.1007/3-540-09727-9 67
Pode-se mostrar que para a microscopia convencional é suficiente conhecer-se as propriedades estatísticas de segunda ordem da iluminação. No caso da microscopia com luz visível as propriedades estatísticas de 2ª ordem são descritas pela teoria da coerência parcial. O conhecimento que tem sido adquirido neste campo pode ser transferido diretamente para o caso da microscopia eletrônica. Pode-se objetar que na microscopia eletrônica tem-se de levar em conta o fato que elétrons são férmions enquanto fótons são bósons. Como efeitos de spin são muito pequenos pode-se seguramente negligenciar os spins das partículas que tomam parte do processo de obtenção da imagem. Pode-se também ignorar a diferença em estatísticas, Fermi-Dirac para elétrons e Bose-Einstein para fótons, porque os feixes usados em ambos os tipos de microscopia tem um baixo parâmetro de degeneração. Então não existe uma diferença essencial entre microscopia com luz e elétrons.Alex C. McLaren; Transmission Electron Microscopy of Minerals and Rocks (Cambridge Topics in Mineral Physics and Chemistry); Cambridge University Press; 2 edition (April 26, 1991); ISBN 0521350980; ISBN 978-0521350983
Elétrons Em teoria, a resolução máxima (d), que se pode obter com um microscópio ótico é limitada pelo comprimento da onda dos fótons que são usados para varrer a amostra, (λ), e a abertura numérica do sistema NA (de numerical aperture).
Cientistas no início do século XX teorizaram formas de contornar as limitações impostas pelo comprimento de onda relativamente grande do Espectro Visível (comprimento da onda de 400 até 700 nanômetros) usando elétrons. Como toda a matéria, os elétrons têm tanto propriedade de ondas como de partículas (dualidade onda-partícula, tal como defendeu Louis-Victor de Broglie), e as suas propriedades de onda significam que possa ser feito um feixe de eletrões de modo a que se comporte como um feixe de radiação eletromagnética. O comprimento da onda dos elétrons é calculado igualando a equação de Louis-Victor de Broglie com a energia cinética de um elétron. Deve ser feita uma correção adicional que leve em conta efeitos da relatividade, já que num MET a velocidade de um elétron se aproxima da velocidade da luz,(c).