Co to jest skaningowy mikroskop tunelowy?

Skaningowy mikroskop tunelowy (STM) to innowacyjny typ mikroskopu, który zamiast wykorzystywać światło odbijające, takie jak konwencjonalne mikroskopy optyczne, wykorzystuje tunelowanie kwantowe między próbką a końcówką sondy w celu zobrazowania powierzchni. Rozdzielczość osiągana przez STM może wynosić nawet 0,1 nm rozdzielczości bocznej i 0,01 nm rozdzielczości głębi. Jest to kilka razy wyższa niż rozdzielczość możliwa do uzyskania przy użyciu najlepszych mikroskopów elektronowych.

STM może pracować 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, co stwarza praktyczne problemy w obrazowaniu. STM został opracowany przez Gerda Binniga i Heinricha Rohrera w 1981 r. W 1986 r. Zdobyli Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę nad STM.

Końcówka STM jest tak ostra, że ​​składa się tylko z jednego atomu. Gdy końcówka jest „matowa” i składa się z dwóch atomów zamiast z jednego, prowadzi to do bardziej niewyraźnych obrazów. Wyzwanie polegające na stworzeniu wystarczająco ostrych końcówek skłoniło naukowców do zbadania zastosowania nanorurek węglowych jako końcówek STM, ponieważ są one bardzo sztywne i łatwe w produkcji. Końcówka jest czasami nazywana „rysikiem”, a kombinacja platyny i irydu jest jednym z najczęściej używanych materiałów na końcówki.

Podobnie jak wiele innych mikroskopów, zaawansowane tłumienie drgań jest często wymagane do stworzenia użytecznego STM. W najwcześniejszych systemach stosowano schematy lewitacji magnetycznej, choć dzisiaj systemy sprężynowe są najbardziej popularne. Krótko po tym, jak STM stały się powszechną wiedzą, uczeń szkoły średniej był w stanie stworzyć prymitywny materiał, używając jedynie około 100 dolarów amerykańskich (USD) materiałów. Oscyloskop zastosowano jako ekran obrazowania.

Końcówka STM jest prowadzona przez „piezoelektryczny” lub kryształ piezoelektryczny, który wygina się w niewielki, ale bardzo przewidywalny sposób w odpowiedzi na pole elektryczne. W STM ruch końcówki jest całkowicie kontrolowany komputerowo.