Vad är ett skannatunnelsmikroskop?

Ett skannatunnelmikroskop (STM) är en innovativ typ av mikroskop som i stället för att använda reflekterande ljus som konventionella optiska mikroskop använder kvanttunneling mellan ett prov och en sondspets för att avbilda ytan. Upplösningarna som uppnås med en STM kan vara så höga som 0,1 nm lateral upplösning och 0,01 nm djupupplösning. Detta är några gånger högre än de upplösningar som kan uppnås med de bästa elektronmikroskopen.

En STM kan fungera i en mängd olika miljöer: förutom från extremt högvakuum fungerar den också i miljöer mättade med vatten, luft etc. Detta gör mikroskopet mycket flexibelt. Ytan måste emellertid vara mycket ren och STM-spetsen mycket skarp, vilket orsakar praktiska utmaningar i avbildning. STM utvecklades av Gerd Binnig och Heinrich Rohrer 1981. 1986 vann de ett Nobelpris i fysik för sitt arbete med STM.

Ett STM-spets är så skarpt att det endast består av en enda atom. När spetsen är "tråkig" och består av två atomer snarare än en, leder detta till underligare bilder. Utmaningen att skapa tillräckligt skarpa tips har lett forskare att undersöka användningen av kolananorör som STM-tips, eftersom de är mycket styva och enkla att producera. Spetsen kallas ibland "pennan", och en platina-iridiumkombination är bland de mest använda spetsmaterialen.

Liksom många andra mikroskop krävs ofta avancerad vibrationsdämpning för att skapa en användbar STM. I de tidigaste systemen användes magnetiska levitationsscheman, men idag är vårbaserade system mest populära. Strax efter att STM: s blev allmänt känt kunde en gymnasiestudent skapa en rå studie med bara cirka 100 dollar i USA (USD) material. Ett oscilloskop användes som en bildskärm.

Spetsen på en STM styrs av en "piezo" eller piezoelektrisk kristall, som böjs på ett litet men mycket förutsägbart sätt som svar på ett elektriskt fält. I en STM är spetsrörelsen helt datorstyrd.