กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์
กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดทะลุผ่าน (อังกฤษ: scanning tunneling microscope; STM) คือเครื่องมือสำหรับการจับภาพพื้นผิวในระดับของอะตอม คิดค้นขึ้นโดย Gerd Binnig และ Heinrich Rohrer (จากไอบีเอ็ม ซูริก) ในปี ค.ศ. 1981 และทำให้ทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1986[1][2] สำหรับ STM เครื่องหนึ่ง ค่าความละเอียดที่ดีควรอยู่ที่ 0.1 นาโนเมตรในแนวขวาง และ 0.01 นาโนเมตรในแนวลึก[3] ด้วยค่าความละเอียดขนาดนี้ อะตอมแต่ละหน่วยในสสารจะมีการหมุนเวียนและจับภาพไว้ได้ เราสามารถใช้ STM ได้ไม่เพียงในที่สุญญากาศยิ่งยวด แต่ยังใช้ได้ในอากาศ ในน้ำ และของเหลวอื่นๆ หรือในก๊าซ และที่ระดับอุณหภูมิแตกต่างกันได้ตั้งแต่เกือบศูนย์เคลวินไปจนถึงหลายร้อยองศาเซลเซียส[4]
เครื่อง STM มีพื้นฐานบนหลักการของการทะลุผ่านทางควอนตัม (quantum tunnelling) เมื่อนำปลายตัวนำไปใกล้กับพื้นผิวที่ต้องการตรวจสอบ จะเกิดไบแอส (โวลท์ที่ต่างกัน) ระหว่างพื้นผิวทั้งสองและทำให้อิเล็กตรอนสามารถลอดผ่านสุญญากาศระหว่างทั้งสองได้ "กระแสทะลุผ่าน" ที่เกิดขึ้นคือฟังก์ชันระหว่างตำแหน่งของปลายตัวนำ โวลท์ที่ใช้ และความหนาแน่นภายในของสถานะ (local density of states; LDOS) ของสารตัวอย่างนั้น[4] การเก็บข้อมูลทำโดยการจับค่ากระแสขณะที่ปลายตัวนำเคลื่อนที่กราดไปทั่วพื้นผิว และมักแสดงผลในรูปของภาพ การใช้งาน STM เป็นเทคนิคอันท้าทาย เพราะต้องใช้พื้นผิวที่สะอาดและเสถียรอย่างยิ่ง ปลายตัวนำที่แหลม การควบคุมการสั่นอย่างเยี่ยมยอด และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อันสลับซับซ้อน
อ้างอิง
หนังสืออ่านเพิ่มเติม
- 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
- G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 50, 120 - 123 (1983)
- G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57 - 61 (1982)
- G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Appl. Phys. Lett., Vol. 40, Issue 2, pp. 178-180 (1982)
- R. V. Lapshin, Feature-oriented scanning methodology for probe microscopy and nanotechnology, Nanotechnology, volume 15, issue 9, pages 1135-1151, 2004
- D. Fujita and K. Sagisaka, Topical review: Active nanocharacterization of nanofunctional materials by scanning tunneling microscopy Sci. Technol. Adv. Mater. 9, 013003(9pp) (2008) (free download).
- Roland Wiesendanger (1994). Scanning probe microscopy and spectroscopy: methods and applications. Cambridge University Press. ISBN 0521428475.
- Theory of STM and Related Scanning Probe Methods. Springer Series in Surface Sciences, Band 3. Springer, Berlin 1998
แหล่งข้อมูลอื่น
- A microscope is filming a microscope เก็บถาวร 2009-06-04 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน (Mpeg, AVI movies)
- Zooming into the NanoWorld (Animation with measured STM images)
- NobelPrize.org website about STM, including an interactive STM simulator.
- SPM - Scanning Probe Microscopy Website เก็บถาวร 2008-04-10 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
- STM Image Gallery at IBM Almaden Research Center เก็บถาวร 2008-04-13 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
- STM Gallery at Vienna University of technology
- Build a simple STM with a cost of materials less than $100.00 excluding oscilloscope
- Nanotimes Simulation engine of scanning tunneling microscope เก็บถาวร 2020-06-06 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
- Structure and Dynamics of Organic Nanostructures discovered by STM
- Metal organic coordination networks of oligopyridines and Cu on graphite investigated by STM
- Surface Alloys discovered by STM เก็บถาวร 2008-09-08 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
- Animated illustration of tunneling and STM
- 60 second movie clip with an introduction to Scanning Tunneling Microscopy(STM)