Kita bisa melihat dengan jelas benda2 di sekitar kita karena ada cahaya, misal dari matahari atau dari sumber cahaya lain, cahaya memantul lewat obyek2 yg disentuhnya dan kemudian ditangkap oleh mata kita. Tak ada satupun yg tahu tentang “apa sebenarnya cahaya itu?”, akan tetapi para ilmuwan memiliki definisi ganda untuk cahaya, mereka biasa menyebutnya dengan “wave-particle duality”, akan tetapi ide pokoknya bahkan lebih sederhana dari kedengarannya. Terkadang, cahaya bersifat seperti sebuah rangkaian gelombang, mirip seperti gelombang yg bergerak di lautan. Namun terkadang cahaya juga bertingkah seperti sebuah aliran partikel atau dengan kata lain mirip sebuah berondongan peluru meriam mikroskopis. Misal, kita bisa melihat dan membaca tulisan di layar komputer kita karena partikel cahaya mengalir melalui layar monitor menuju mata kita dengan massa tertentu. Kita bisa menyebut partikel-partikel individu dari cahaya ini sebagai Foton, yg mana masing2 foton adalah wujud dari sepaket kecil dari energi elektromagnetik.

Melihat dengan foton tentu tidak masalah, JIKA kita ingin melihat obyek2 yg lebih besar daripada foton itu sendiri. Tapi, jika kita ingin melihat hal-hal yg jauh lebih kecil lagi, foton menjadi tidak berguna lagi. Bayangkan saja, jika kita adalah seorang ahli pemahat kayu, dengan hasil karya kita sudah mendunia. Untuk memahat, mengukir dengan detail yg tinggi, kita jelas membutuhkan peralatan yg super tajam dan super kecil pula daripada pola / ukiran yg ingin kita buat. Jika kita memiliki peralatan seperti sekop, kapak, palu godam, tentu saja tidak mungkin bisa digunakan untuk memahat suatu perabotan dengan detail yg rumit bukan ? Jadi, pada dasarnya alat yg kita gunakan untuk memahat haruslah alat yg jauh lebih kecil dari obyek / pola yg akan kita pahat / ukir.

Dan sama halnya dalam sains. Jika kita ingin melihat dengan baik sebuah detail dari obyek tertentu yg jauh lebih kecil daripada foton, maka kita harus menggunakan partikel yg jauh lebih kecil pula dari foton, dengan kata lain kita menggunakan Elektron. Seperti yg kita ketahui, elektron adalah partikel bermuatan yg berada di sisi luar atom, elektron juga partikel yg membawa muatan listrik pada sebuah sirkuit elektronik. Pada mikroskop elektron, sebuah aliran elektron digunakan untuk menggantikan cahaya dan membuat kita bisa melihat hal-hal kecil yg bahkan lebih kecil dari partikel cahaya itu sendiri.

Jika kita pernah mengggunakan mikroskop cahaya konvensional, kita akan mengetahui mekanisme kerjanya yg sederhana. Cahaya di bagian dasar menyinari ke atas melalui potongan spesimen yg ada pada kaca obyek. Dan kita melihatnya melalui lensa okuler untuk melihat hasil pembesaran obyek, biasanya pembesarannya sekitar 10-200 kali. Ada 4 bagian inti pada mikroskop cahaya :

TEM memiliki banyak kesamaan dengan mikroskop cahaya konvensional, kita harus mempersiapkan potongan spesimen yg akan diamati dengan sangat hati-hati dan tempatkan pada ruangan hampa yg terdapat pada bagian tengah mikroskop. Jika sudah, tinggal kita tembakkan elektron pada spesimen melalui “electron gun” di bagian atas mikroskop. Meriam elektron ini menggunakan gulungan / kumparan elektromagnetik dan tegangan tinggi (biasanya dari 50.000 volt sampai beberapa juta volt) agar elektron bisa mencapai kecepatan tinggi dan sekali lagi, berkat “Wave-particle duality” dari elektron (yg mana normalnya kita menyebutnya partikel) bisa bersifat seperti gelombang (sama halnya seperti gelombang cahaya yg bisa bersifat seperti partikel).

Semakin cepat mereka berjalan, maka semakin kecil pula gelombang yg dihasilkan dan semakin detail pula gambar yg ditampilkan. Ketika telah mencapai kecepatan maksimal, elektron memperbesar spesimen dan keluar lewat sisi yg lain dimana sekumpulan kumparan elektromagnetik memfokuskan elektron untuk membentuk sebuah gambar pada layar (untuk pengamatan langsung) atau untuk membentuk sebuah gambar foto pada plat fotografi (untuk tujuan pengambilan gambar permanen). TEM adalah mikroskop elektron paling kuat, kita bisa menggunakannya untuk melihat obyek-obyek meski dengan ukuran hanya 1 nanometer, jadi, TEM secara efektif memperbesar obyek hingga jutaan kali bahkan lebih.

Sebuah TEM menembakkan elektron pada spesimen untuk menghasilkan obyek yg diperbesar, mekanisme nya :

Jika kita pernah melihat hasil foto-foto obyek mikroskopis yg fantastis, amazing, yg sering kita jumpai di buku-buku, misal seperti kepala lebah yg membawa mikro chip di mulutnya, itu tidak dihasilkan oleh TEM namun dihasilkan oleh Scanning Electron Microscopes (SEMs), yg mana didesain untuk menciptakan gambar tampilan dari permukaan sebuah obyek yg sangat kecil. Dengan mekanisme kerja yg sama seperti TEM secara garis besar, namun bedanya, ketika tembakan elektron dilakukan melalui penembak elektron, elektron tidak bergerak mengaliri spesimen, namun justru memantul pada spesimen (disebut dengan elektron sekunder). Secara umum SEM 10 kali lebih lemah dari TEM ,jadi kita hanya bisa menggunakannya untuk melihat obyek2 dengan ukuran sekitar 10 nanometer. Kelebihan SEM adalah, dapat menghasilkan gambar 3D dengan begitu tajam (jika dibandingkan dengan TEM) dan spesimen yg dibutuhkan untuk SEM tidak terlalu memerlukan persiapan khusus.

SEM memindai sebuah tembakan elektron diatas spesimen untuk menghasilkan gambar yg diperbesar. Sangat berbeda dengan TEM dimana elektron bergerak langsung menembus spesimen.
Mekanisme nya :