Was ist ein Rastertunnelmikroskop?
Ein Rastertunnelmikroskop (STM) ist ein innovativer Mikroskoptyp, bei dem anstelle der Verwendung von reflektierendem Licht wie bei herkömmlichen optischen Mikroskopen ein Quantentunnel zwischen einer Probe und einer Sondenspitze zur Abbildung der Oberfläche verwendet wird. Die mit einem STM erzielten Auflösungen können 0,1 nm laterale Auflösung und 0,01 nm Tiefenauflösung betragen. Dies ist einige Male höher als die mit den besten Elektronenmikroskopen erreichbaren Auflösungen.
Ein STM kann in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt werden: Neben Ultrahochvakuum kann es auch in Umgebungen eingesetzt werden, die mit Wasser, Luft usw. gesättigt sind. Dies macht das Mikroskop sehr flexibel. Die Oberfläche muss jedoch sehr sauber und die STM-Spitze sehr scharf sein, was zu praktischen Herausforderungen bei der Bildgebung führt. Die STM wurde 1981 von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer entwickelt. 1986 gewannen sie für ihre Arbeit an STM einen Nobelpreis für Physik.
Eine STM-Spitze ist so scharf, dass sie nur aus einem Atom besteht. Wenn die Spitze "langweilig" ist und aus zwei statt nur einem Atom besteht, führt dies zu unschärferen Bildern. Die Herausforderung, ausreichend scharfe Spitzen zu erzeugen, hat die Forscher veranlasst, die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren als STM-Spitzen zu untersuchen, da diese sehr steif und einfach herzustellen sind. Die Spitze wird manchmal als "Stift" bezeichnet, und eine Platin-Iridium-Kombination gehört zu den am häufigsten verwendeten Spitzenmaterialien.
Wie bei vielen anderen Mikroskopen ist häufig eine erweiterte Vibrationsdämpfung erforderlich, um ein nützliches STM zu erstellen. In den frühesten Systemen wurden Magnetschwebeschemata verwendet, obwohl heute Systeme auf Federbasis am beliebtesten sind. Kurz nachdem STMs allgemein bekannt wurden, war ein Schüler der High School in der Lage, mit nur etwa 100 US-Dollar (USD) Material eine grobe zu erstellen. Als Abbildungsschirm wurde ein Oszilloskop verwendet.
Die Spitze eines STM wird von einem "Piezo" oder piezoelektrischen Kristall geführt, der sich in Reaktion auf ein elektrisches Feld auf eine kleine, aber sehr vorhersehbare Weise biegt. In einem STM ist die Bewegung der Spitze vollständig computergesteuert.