Wat is een scanning tunneling microscoop?

Een scanning tunneling microscope (STM) is een innovatief type microscoop die, in plaats van reflecterend licht te gebruiken zoals conventionele optische microscopen, kwantumtunneling gebruikt tussen een monster en een sondepunt om het oppervlak af te beelden. De resoluties bereikt met een STM kunnen zo hoog zijn als 0,1 nm laterale resolutie en 0,01 nm diepte resolutie. Dit is een paar keer hoger dan de resoluties die kunnen worden bereikt met de beste elektronenmicroscopen.

Een STM kan in verschillende omgevingen werken: naast ultrahoog vacuüm werkt het ook in omgevingen die verzadigd zijn met water, lucht, enz. Dit maakt de microscoop zeer flexibel. Het oppervlak moet echter erg schoon zijn en de STM-punt erg scherp, wat praktische uitdagingen bij de beeldvorming veroorzaakt. De STM werd ontwikkeld door Gerd Binnig en Heinrich Rohrer in 1981. In 1986 wonnen ze een Nobelprijs voor de natuurkunde voor hun werk aan STM's.

Een STM-tip is zo scherp dat deze uit slechts één atoom bestaat. Wanneer de punt "saai" is en uit twee atomen bestaat in plaats van één, leidt dit tot vager beeld. De uitdaging om voldoende scherpe tips te maken, heeft onderzoekers ertoe gebracht het gebruik van koolstofnanobuisjes als STM-tips te onderzoeken, omdat ze zeer rigide en gemakkelijk te produceren zijn. De punt wordt soms de "stylus" genoemd en een combinatie van platina en iridium is een van de meest gebruikte puntmaterialen.

Net als veel andere microscopen is vaak geavanceerde trillingsdemping vereist om een ​​nuttige STM te maken. In de vroegste systemen werden magnetische levitatieschema's gebruikt, hoewel tegenwoordig op lente gebaseerde systemen het populairst zijn. Kort nadat STM's algemeen bekend werden, kon een student van de middelbare school een ruwe maken met slechts ongeveer $ 100 US dollar (USD) aan materiaal. Een oscilloscoop werd gebruikt als een beeldscherm.

De punt van een STM wordt geleid door een "piëzo" of piëzo-elektrisch kristal, dat op een kleine maar zeer voorspelbare manier buigt in reactie op een elektrisch veld. In een STM is de tipbeweging volledig computergestuurd.