Che cos'è un microscopio a tunnel di scansione?

Un microscopio a tunnel a scansione (STM) è un tipo innovativo di microscopio che, invece di utilizzare la luce riflettente come i microscopi ottici convenzionali, utilizza un tunnel quantico tra un campione e una punta della sonda per rappresentare la superficie. Le risoluzioni raggiunte da un STM possono raggiungere una risoluzione laterale di 0,1 nm e una risoluzione di profondità di 0,01 nm. Questo è alcune volte superiore alle risoluzioni ottenibili utilizzando i migliori microscopi elettronici.

Un STM può funzionare in una varietà di ambienti: oltre al vuoto ultra elevato, funziona anche in ambienti saturi di acqua, aria, ecc. Ciò rende il microscopio molto flessibile. Tuttavia, la superficie deve essere molto pulita e la punta STM molto nitida, causando sfide pratiche nell'imaging. Lo STM è stato sviluppato da Gerd Binnig e Heinrich Rohrer nel 1981. Nel 1986, hanno vinto un premio Nobel per la fisica per il loro lavoro sugli STM.

Una punta STM è così nitida che consiste in un solo atomo. Quando la punta è "opaca" e consiste di due atomi anziché di uno, ciò porta a immagini più sfocate. La sfida di creare punte sufficientemente affilate ha portato i ricercatori a esplorare l'uso dei nanotubi di carbonio come punte STM, poiché sono molto rigidi e facili da produrre. La punta viene talvolta chiamata "stilo" e una combinazione platino-iridio è tra i materiali di punta maggiormente utilizzati.

Come molti altri microscopi, spesso è necessario un avanzato smorzamento delle vibrazioni per creare un STM utile. Nei primi sistemi venivano utilizzati schemi di levitazione magnetica, sebbene oggi i sistemi basati sulla molla siano i più popolari. Poco dopo che le MST sono diventate una conoscenza comune, uno studente delle scuole superiori è stato in grado di crearne uno grezzo usando solo circa $ 100 dollari americani (USD) di materiali. Un oscilloscopio è stato usato come uno schermo di imaging.

La punta di un STM è guidata da un "piezo", o cristallo piezoelettrico, che si piega in modo piccolo ma molto prevedibile in risposta a un campo elettrico. In un STM, il movimento della punta è completamente controllato da computer.