How big is Cosa más pequeña visible en un microscopio electrónico?

Un microscopio electrónico forma imágenes con un haz de electrones en lugar de luz y puede mostrar átomos individuales. A fecha de 2026, los mejores microscopios electrónicos pueden distinguir detalles separados por unos 20 picómetros, aproximadamente una quinta parte del ancho de un átomo de hidrógeno. Un picómetro es una billonésima de metro.

Tamaño

Esta cifra es una resolución, no el tamaño de un objeto. La resolución de un microscopio es la distancia más pequeña a la que dos puntos siguen viéndose como dos puntos distintos y no como una sola mancha borrosa. Lo más pequeño que muestra un microscopio electrónico son átomos individuales, y los mejores instrumentos actuales resuelven detalles separados por una fracción del ancho de un átomo.

Los defectos de las lentes magnéticas que enfocan el haz de electrones limitaron en su día las imágenes más nítidas a unos 100 picómetros. Los correctores de lentes cambiaron esa situación. En 2008, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley presentó TEAM 0.5, un microscopio diseñado para alcanzar medio ángstrom, es decir, 50 picómetros. Más tarde, su equipo informó de que había resuelto pares de átomos de germanio separados por 47 picómetros.

Después, un método informático llamado pticografía electrónica llevó el récord aún más lejos. Un equipo de la Universidad Cornell alcanzó 39 picómetros en 2018 y unos 20 picómetros en 2021. En 2024, un equipo de la Universidad Tsinghua, en China, informó de detalles de hasta 14 picómetros, con otra medida de la resolución. El récord exacto depende de cómo se mida la resolución.

Comparaciones de tamaño

Un átomo de hidrógeno, de unos 0,1 nanómetros de diámetro, tiene unas cinco veces el ancho del detalle más fino que resuelven estos microscopios.
Si un átomo de hidrógeno se agrandara hasta el tamaño de un balón de baloncesto, de unos 24 centímetros de diámetro, el microscopio podría distinguir detalles separados por unos 4,5 centímetros.
Un microscopio óptico corriente no puede resolver detalles separados por menos de unos 0,2 micrómetros. Eso es 10 000 veces la distancia que pueden resolver los mejores microscopios electrónicos. Un micrómetro es una millonésima de metro.
Veinte picómetros son 0,2 ángstroms. Los enlaces entre átomos miden por lo general de 1 a 2 ángstroms, es decir, de 5 a 10 veces el detalle más fino resuelto.
En el grosor de un cabello humano cabrían unos 4 a 5 millones de los detalles más finos que se pueden resolver.

Por qué los electrones muestran detalles más finos que la luz

Los microscopios convencionales no pueden resolver detalles mucho más pequeños que la longitud de onda de lo que usan para ver. Una longitud de onda es la distancia entre una cresta de una onda y la siguiente. En un microscopio óptico corriente, el límite es de unos 0,2 micrómetros, como calculó en 1873 el microscopista Ernst Abbe.

Los electrones también se comportan como ondas, con longitudes de onda mucho más cortas que las de la luz. Los electrones rápidos que se usan en muchos de estos microscopios tienen una longitud de onda de unos 2 picómetros. En principio, eso permite distinguir detalles mucho más finos de lo que la luz podría lograr jamás. En la práctica, las lentes defectuosas mantuvieron a los microscopios electrónicos muy lejos de ese límite, y los correctores y los métodos informáticos han reducido desde entonces la diferencia.

Cómo se obtienen las imágenes más recientes

La pticografía electrónica no depende solo de las lentes. El microscopio barre una muestra con su haz en puntos que se solapan y registra cómo se dispersan los electrones en cada uno. Después, algoritmos informáticos calculan qué forma de muestra produciría esos patrones y reconstruyen la imagen a partir de ellos.

Las imágenes de 2021 de Cornell mostraron un cristal aumentado 100 millones de veces. Con esa resolución, la principal borrosidad que queda procede de los propios átomos, que vibran sin cesar a causa del calor. El director del equipo, David Muller, describió este efecto como, en la práctica, un límite definitivo para la resolución.