Microscopia cu tunelare prin scanare | o modalitate de vizualizare a formei obiectelor mici

Cum funcționează

STM se numește microscop pentru că realizează imagini ale unor obiecte mici. Dar este diferit - nu are nimic în care să ne uităm cu ochii noștri. Este asemănător cu a simți forma obiectelor de pe o masă într-o cameră întunecată: poți desena o imagine a formei, chiar dacă nu ai văzut-o cu ochii tăi. STM face acest lucru pentru obiecte foarte mici. Acesta funcționează prin scanarea unui ac metalic ascuțit înainte și înapoi pe o suprafață și utilizează curentul electric în loc de forță pentru a simți forma. Atunci când vârful acului metalic ascuțit este adus foarte aproape de suprafața obiectului studiat, o tensiune între cele două face ca electronii să circule prin spațiul dintre ele. Electronii traversează acest spațiu printr-un proces numit tunelare cuantică, care dă numele STM. Acest mic curent de electroni circulă atunci când vârful aproape atinge suprafața. Curentul se modifică pe măsură ce sonda se deplasează de-a lungul suprafeței. Această schimbare este înregistrată de un computer, care o transformă într-o imagine pe care o putem vedea.

Suprafața și vârful trebuie să conducă electroni, deci trebuie să fie realizate dintr-un metal sau semiconductor. Un tip de microscop înrudit detectează forța în loc de curentul electric. Acest tip de microscop se numește microscop de forță atomică.

STM este un lucru greu de realizat, deoarece este nevoie de o suprafață foarte curată și de un vârf de ac foarte ascuțit. STM funcționează de obicei în vid pentru a împiedica moleculele de aer să perturbe suprafața, dar poate funcționa și în aer sau în apă.

 

Moduri în care se poate face o imagine

În primul rând, vârful este adus foarte aproape de suprafața obiectului studiat. Această distanță este de aproximativ o jumătate de nanometru. Apoi, vârful este mutat cu mare atenție înainte și înapoi pe suprafață. Curentul electric este măsurat în timp ce vârful este mișcat înainte și înapoi (metoda înălțimii constante). STM poate funcționa, de asemenea, prin ajustarea vârfului astfel încât curentul de tunel să rămână același (metoda curentului constant). Utilizarea metodei cu înălțime constantă este mai rapidă. Utilizarea metodei cu curent constant ajută la evitarea ciocnirii vârfului cu lucruri de pe suprafață, astfel încât se pot studia lucruri care sunt mai rugoase.

 

Deplasarea atomilor

STM poate muta un atom (sau o moleculă) într-un nou loc pe suprafață. Pentru a muta un atom, vârful este deplasat astfel încât să atingă atomul. Apoi, vârful trage sau împinge atomul într-un nou loc. Deplasarea atomilor le permite oamenilor de știință să îi aranjeze în obiecte mici, astfel încât să le poată testa proprietățile și să încerce idei noi.

 

Părți ale STM

Părțile unui STM sunt: vârful de scanare, ceva care mișcă vârful, ceva care îl oprește să vibreze și un computer care controlează vârful și realizează imaginea.

 
Părți ale unui STM  


O imagine de aproape a unui cap de microscop cu efect tunelar simplu de la Universitatea St Andrews care scanează MoS2 folosind un stilou de platină și iridiu.  

Pagini conexe

• Microscop de forță atomică
• Microscop

 

Literatură

• Tersoff, J.: Hamann, D. R.: Theory of the scanning tunneling microscope, Physical Review B 31, 1985, p. 805 - 813.
• Bardeen, J.: Tunnelling from a many-particle point of view, Physical Review Letters 6 (2), 1961, p. 57-59.
• Chen, C. J.: Origin of Atomic Resolution on Metal Surfaces in Scanning Tunneling Microscopy, Physical Review Letters 65 (4), 1990, p. 448-451

• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber și E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 50, 120 - 123 (1983)
• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber și E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57 - 61 (1982)
• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, și E. Weibel, Appl. Phys. Lett., Vol. 40, Issue 2, pp. 178-180 (1982)
• R. V. Lapshin, Feature-oriented scanning methodology for probe microscopy and nanotechnology, Nanotechnology, volume 15, issue 9, pages 1135-1151, 2004.