Co to jest skanujący mikroskop tunelowy?
Mikroskop skanujący tuneling (STM) to innowacyjny rodzaj mikroskopu, który zamiast używać światła odbijającego, takiego jak konwencjonalne mikroskopy optyczne, wykorzystuje tunelowanie kwantowe między próbką a końcówką sondy, aby wyobrazić sobie powierzchnię. Rozdzielczości osiągnięte przez STM mogą być tak wysokie, jak rozdzielczość boczna 0,1 nm i rozdzielczość głębokości 0,01 nm. Jest to kilka razy wyższe niż rozdzielczości możliwe do osiągnięcia za pomocą najlepszych mikroskopów elektronowych.
STM może działać w różnych środowiskach: oprócz ultra wysokiej próżni działa również w środowiskach nasyconych wodą, powietrzem itp. To sprawia, że mikroskop jest bardzo elastyczny. Jednak powierzchnia musi być bardzo czysta, a końcówka STM bardzo ostra, powodując praktyczne wyzwania w obrazowaniu. STM został opracowany przez Gerda Binniga i Heinricha Rohrera w 1981 roku. W 1986 roku zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę nad STM.
Wskazówka STM jest tak ostra, że składa się tylko z jednego atomu. Kiedy końcówka jest „nudna” i składa się z dwóch atomów rAther niż jeden, prowadzi to do bardziej rozmytych obrazów. Wyzwanie związane z tworzeniem wystarczająco ostrych końcówek skłoniło badaczy do zbadania stosowania nanorurek węglowych jako końcówek STM, ponieważ są one bardzo sztywne i łatwe w produkcji. Końcówka jest czasem nazywana „rysikiem”, a kombinacja platyny-iridium należy do najczęściej używanych materiałów końcówek.
Podobnie jak wiele innych mikroskopów, często wymagane jest zaawansowane tłumienie wibracji, aby stworzyć przydatne STM. W najwcześniejszych systemach zastosowano schematy lewitacji magnetycznej, choć najbardziej popularne są systemy wiosenne. Krótko po tym, jak STM stał się powszechną wiedzą, uczeń szkoły średniej był w stanie stworzyć prymitywną, wykorzystując tylko około 100 dolarów dolarów (USD) materiałów. Oscyloskop zastosowano jako ekran obrazowy.
Czubek STM jest prowadzony przez „piezo” lub kryształ piezoelektryczny, który wygina się w niewielki, ale bardzo przewidywalny sposób w odpowiedzi na elektryczny FIEld. W STM ruch końcówki jest całkowicie kontrolowany komputerowo.