Skupina se zabývá studiem a simulacemi fyzikálních procesů provázejících interakce primárních a signálních elektronů s plynem v prostředí environmentálního rastrovacího elektronového mikroskopu (EREM). Výsledky simulací vlastními Monte Carlo programy umožňují optimalizovat podmínky pro pozorování vzorků v EREM a vyvíjet nové, vysoce citlivé detektory pracující na principu nárazové ionizace molekul plynů signálními elektrony a scintilačně-fotonásobičové detektory.  V podmínkách extrémně nízkých energií a proudů primárního svazku elektronů jsou studovány elektricky nevodivé, často vlhké biologické nebo polymerní vzorky v nativním stavu, citlivé na radiační poškození a dehydrataci. Skupina má zkušenosti s Monte Carlo simulacemi elektronového svazku s pevnou látkou i vodou. Zabývá se také přesnou charakterizací, řízením a optimalizací termodynamických podmínek v komoře vzorku EREM, umožňující studium malých živých tvorů. Ve spolupráci s řadou akademických partnerů a firem realizuje výzkum a charakterizaci speciálních vzorků, pozorovaných převážně v dynamicky se měnících podmínkách komory vzorku EREM, chemické reakce vzorků, změny morfologie vzorků ovlivněných různými fyzikálními či chemickými podněty atd. Skupina je vybavena experimentálním EREM AQUASEM II a od roku 2016 bude provozovat jeden z nejlépe vybavených, vysokorozlišovacích EREM v Evropě.

Simulace

Cílem skupiny je studium interakcí elektronů s plynem, nejčastěji vodní párou (jednotky až tisíce Pa) v komoře vzorku EREM. Pro tyto účely byl vytvořen Monte Carlo modul pro program EOD (http://www.lencova.com/), běžně používaný pro návrh elektronově optických systémů, který umožní do modelací zahrnout proces rozptylu elektronů s plynem v komoře vzorku EREM.
Pro studium interakce s pevnou látkou jsou využívány programy Penelope 2008.1, Casino a Geant4, který je schopen simulovat i interakce elektronů s vodou.
Pro návrh detekčních systémů, diferenciálně čerpaných komor a dalších částí EREM jsou také využívány programy simulující proudění kapalin a plynů ANSYS a COMSOL.

    
  

Detekční systémy a instrumentace pro EREM

Skupina se dlouhodobě věnuje výzkumu, vývoji a následné realizaci plně funkčních detekčních systémů a speciálních instrumentace pro REM a EREM. V průběhu existence skupiny bylo vyvinuto několik detektorů, mezi něž patří např. vysoce účinný scintilační detektor zpětně odražených elektronů s monokrystalickými scintilátorem, multielektrodový systém pro detekci velmi vysokého podílu sekundárních elektronů v prostředí vysokého tlaku plynů vybavený novým miniaturizovaným multikanálovým předzesilovačem integrovaným do komory vzorku EREM, ale také nově patentovaný ISEDS (ionisation secondary electron detector with electrostatic separator), který jako jediný na světě experimentálně prokázal schopnost detekovat výrazně zesílený a volitelně energiově separovaný signál elektronů při pracovním tlaku 50 Pa až 300 Pa.
Do oblasti vývoje instrumentální výbavy EREM patří např. speciální hydratační systém umožňující přesnou regulaci vodních par v komoře vzorku mikroskopu (jednotky Pa), který je nezbytný pro zejména pro in-situ dynamické experimenty.

Nevodivé a obtížně pozorovatelné vzorky

Skupina dlouhodobě spolupracuje s řadou akademických pracovišť i firem na studiu mnoha různých typů vzorků, často obtížně pozorovatelných pomocí klasické rastrovací elektronové mikroskopie.
Na základě spolupráce s průmyslovými partnery byla např. studována povrchová struktura solárních článků s cílem podrobně mapovat vliv laserových obráběcích procesů na vlastnosti těchto článků. Byla také provedena rozsáhlá mikroskopická studie vlivu chemicky agresivních látek na různé materiály (keramiky, pryže, a kovy), hodnoceny důsledky jejich působení na vznik koroze a změnu jejich mechanických vlastností. Intenzivně byly studovány také vlivy chemických látek na povrchovou strukturu elektrochemických senzorů a bio-senzorů s deponovanou borem dopovanou DLC vrstvou.
V rámci dlouhodobé spolupráce s lékařským zařízením byla provedena rozsáhlá studie vlivu různých speciálních technik pro odstraňování zubního kamene, která mapovala techniky z hlediska jejich vhodnosti, účinnosti a efektivita v poměru s náklady na jejich pořízení do stomatologických ordinací. Téměř rok se skupina zabývala vývojem metody a pozorováním biologických tkání fosilií hmyzu v jantaru. Intenzivně se věnujeme také studiu stavebních hmot pozorovaných ve vlhkém i vysušeném stavu, studiu povrchu plastů a nanovláken, to vše pomocí speciálně vyvinutých nebo pro konkrétní potřebu modifikovaných detektorů signálních elektronů v EREM.

Biologické vzorky

Variabilita prostředí, v němž mohou být vzorky v našem EREM pozorovány, a schopnost toto prostředí kontrolovaně měnit umožňuje pozorovat biologické vzorky převážně v nativním stavu, případně s jen minimálním množstvím úprav. Na základě spolupráce s Mendlovou univerzitou má skupina velké zkušenosti s rostlinnými vzorky, především s přímým studium nativní struktury extracelulární matrix u raných somatických embryí konifer.
Skupina se také zabývala studiem lidských embryonálních kmenových buněk a dalších tkáňových vzorků. Ve spolupráci s parazitology z Masarykovy univerzity jsou studovány různé druhy parazitů, jako jsou hlístice, tasemnice a molice. Pomocí speciálních držáků vzorku, vlastního systému chlazení vzorku, hydratačního systému a speciálními detektory jsme schopni pozorovat vzorky šetrněji, dlouhodoběji a bez většího poškození.

Dynamické in-situ experimenty

Skupina environmentální elektronové mikroskopie má velké zkušenosti se studiem dynamických dějů, které jsou realizovány in-situ v komoře vzorku mikroskopu EREM. Jedná se např. o přímé pozorování malých živočichů, studium růstu krystalů nebo studium rozložené nečistot v ledu. V minulosti bylo realizováno mnoho studií vlivu dehydratace na změnu povrchové morfologie tenkého střeva a mnoho dalších biologických i jiných vzorků.