Что такое сканирующий туннельный микроскоп?

Сканирующий туннельный микроскоп (STM) - это инновационный тип микроскопа, который вместо использования отражающего света, такого как обычные оптические микроскопы, использует квантовое туннелирование между образцом и наконечником зонда для изображения поверхности. Разрешения, достигаемые с помощью STM, могут достигать бокового разрешения 0,1 нм и глубины 0,01 нм. Это в несколько раз выше разрешений, достижимых с помощью лучших электронных микроскопов.

STM может работать в различных средах: помимо сверхвысокого вакуума, он также работает в средах, насыщенных водой, воздухом и т. Д. Это делает микроскоп очень гибким. Однако поверхность должна быть очень чистой, а наконечник STM очень острым, что создает практические проблемы при визуализации. STM был разработан Гердом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году. В 1986 году они получили Нобелевскую премию по физике за свою работу над STM.

Наконечник СТМ настолько острый, что состоит только из одного атома. Когда наконечник «тусклый» и состоит из двух атомов, а не одного, это приводит к размытым изображениям. Задача создания достаточно острых наконечников побудила исследователей изучить использование углеродных нанотрубок в качестве наконечников STM, поскольку они очень жесткие и простые в изготовлении. Наконечник иногда называют «стилусом», и платино-иридиевая комбинация является одним из наиболее широко используемых материалов наконечника.

Как и многие другие микроскопы, для создания полезного СТМ часто требуется усовершенствованное гашение вибрации. В самых ранних системах использовались схемы магнитной левитации, хотя сегодня пружинные системы наиболее популярны. Вскоре после того, как СТМ стали общеизвестными, ученик старшей школы смог создать сырой, используя только материалы стоимостью около 100 долларов США (USD). В качестве экрана визуализации использовался осциллограф.

Кончик СТМ направляется «пьезо» или пьезоэлектрическим кристаллом, который изгибается небольшим, но очень предсказуемым образом в ответ на электрическое поле. В STM движение наконечника полностью контролируется компьютером.