Pásztázó alagútmikroszkóp
A pásztázó alagútmikroszkóp (scanning tunneling microscope (STM)) olyan műszer, amely felületekről való képalkotást tesz lehetővé atomi felbontásban, illetve alkalmazható az atomok egyedi mozgatására és atomi spektroszkópiára egyaránt. A mikroszkóp az alagúthatás alapján működik.
Története
Az STM-et 1981-ben fejlesztette ki Gerd Binnig és Heinrich Rohrer a zürichi IBM-nél, amiért fizikai Nobel-díjat kaptak 1986-ban.[1][2] Korábban R. Young, J. Ward, és F. Scire a NIST-nél hasonló találmányt alkottak.[3]
Működése
A mikroszkóp laterális felbontása: 0,1 nm, mélységi felbontása: 0,01 nm.[4] Ez a felbontás lehetővé teszi egyedi atomok megjelenítését, és azok manipulálását. Az STM nem csak vákuumban használható, hanem levegőn, vízben, vagy más közegben is. A működési hőmérsékleti tartomány közel zéró Kelvintől néhány száz Celsiusig terjedhet.[5]
Az STM működési alapja az alagúthatás. Amikor egy vezető tűt a vizsgálandó felülethez közelítünk igen közel, nanométer nagyságrendben, a tárgy és a tű között alkalmazott elektromos tér hatására alagúthatás jön létre. A keletkező alagútáram a tű pozíciójának, az alkalmazott feszültségnek és a vizsgálandó minta felületi sűrűségének a függvénye.[5]
A felületről az információt az alagútáram adja, melyet számítógép értékel ki. A két elektróda között folyó alagútáram függ a minta és a tű távolságától; 0,1 nanométeres távolság változás tízszeres áramváltozást okoz. Ennek alapján igen jó képet lehet alkotni a vizsgálandó felületről.A STM telepítése különleges helyszínt igényel: a vibráció kizárása szükséges, stabil alapon kell a műszert működtetni. Az eredeti műszernél mágneses levitációt alkalmaztak a vibrációk kiküszöbölésére. Újabban speciális mechanikus rugózást vagy gázrugót alkalmaznak.
Két tű alkalmazásával jobb képet lehet alkotni. A tű anyaga általában volfrám, de lehet platina-irídium, vagy arany is.[6]
A felbontás korlátja a tű görbületének a sugara. Az örvényáramok korlátozása is része a technológiának. Képfeldolgozó szoftverek segítségével tovább lehet növelni a képi hatást, akár 3D-ben is.[7][8]Az STM lehetővé teszi a felületek nanomanipulációját is.
Galéria
- Nanomanipuláció STM segítségével
- Grafitfelület SEM-képe. Elektronszerkezeti okokból minden második atom kelt világos foltot, így háromszögrács látható
Jegyzetek
Források
- Tersoff, J.: Hamann, D. R.: Theory of the scanning tunneling microscope, Physical Review B 31, 1985, p. 805 - 813.
- Bardeen, J.: Tunnelling from a many-particle point of view, Physical Review Letters 6 (2), 1961, p. 57-59.
- Chen, C. J.: Origin of Atomic Resolution on Metal Surfaces in Scanning Tunneling Microscopy, Physical Review Letters 65 (4), 1990, p. 448-451
További információk
- http://molecularmodelingbasics.blogspot.hu/2009/09/tunneling-and-stm.html (animáció)
- http://www.toutestquantique.fr/#tunnel
- https://web.archive.org/web/20080908024937/http://www.uni-ulm.de/~hhoster/personal/surface_alloys.html