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电荷的终携带者是组成原子的微小电子。在运动的原子中，每个绕原子核运动的电子都带有一个单位的负电荷，而原子核里面的质子带有一个单位的正电荷。正常情况下，在物质中电子和质子的数目是相等的，它们携带的电荷相平衡

于1923年，沃尔特·海特勒Walter Heitler和弗里茨·伦敦Fritz London应用力学的理论，完整地解释清楚电子对产生和化学键形成的原因。于1919年，欧文·朗缪尔将路易士的立方原子模型cubical atom。加以发挥，建议所有电子都分布于一层层同心的（接近同心的）

当这些粒子通过磁场时，它们会同步辐射。由于辐射的强度与自旋有关，因而造成了电子束的偏振。这过程称为索克洛夫-特诺夫效应。很多实验都需要使用偏振的电子束为粒子源。同步辐射也可以用来降低电子束温度，减少粒子的动量偏差。

电子显微镜将聚焦的电子束入射于样本。由于电子束与样本的相互作用，电子的性质会有所改变，像移动方向、相对相位和能量。细心地分析这些数据，即可得到分辨率为原子尺寸的样本影像。使用蓝色光，普通的光学显微镜的分辨率，因受到衍射限制，大约为200nm