Pásztázó alagútmikroszkóp

A pásztázó alagútmikroszkóp (scanning tunneling microscope (STM)) olyan műszer, amely felületekről való képalkotást tesz lehetővé atomi felbontásban, illetve alkalmazható az atomok egyedi mozgatására és atomi spektroszkópiára egyaránt. A mikroszkóp az alagúthatás alapján működik.

Története

szerkesztés

Az STM-et 1981-ben fejlesztette ki Gerd Binnig és Heinrich Rohrer a zürichi IBM-nél, amiért fizikai Nobel-díjat kaptak 1986-ban.[1][2] Korábban R. Young, J. Ward, és F. Scire a NIST-nél hasonló találmányt alkottak.[3]

Működése

szerkesztés

A mikroszkóp laterális felbontása: 0,1 nm, mélységi felbontása: 0,01 nm.[4] Ez a felbontás lehetővé teszi egyedi atomok megjelenítését, és azok manipulálását. Az STM nem csak vákuumban használható, hanem levegőn, vízben, vagy más közegben is. A működési hőmérsékleti tartomány közel zéró Kelvintől néhány száz Celsiusig terjedhet.[5]

Az STM működési alapja az alagúthatás. Amikor egy vezető tűt a vizsgálandó felülethez közelítünk igen közel, nanométer nagyságrendben, a tárgy és a tű között alkalmazott elektromos tér hatására alagúthatás jön létre. A keletkező alagútáram a tű pozíciójának, az alkalmazott feszültségnek és a vizsgálandó minta felületi sűrűségének a függvénye.[5]

A felületről az információt az alagútáram adja, melyet számítógép értékel ki. A két elektróda között folyó alagútáram függ a minta és a tű távolságától; 0,1 nanométeres távolság változás tízszeres áramváltozást okoz. Ennek alapján igen jó képet lehet alkotni a vizsgálandó felületről. A STM telepítése különleges helyszínt igényel: a vibráció kizárása szükséges, stabil alapon kell a műszert működtetni. Az eredeti műszernél mágneses levitációt alkalmaztak a vibrációk kiküszöbölésére. Újabban speciális mechanikus rugózást vagy gázrugót alkalmaznak.

Két tű alkalmazásával jobb képet lehet alkotni. A tű anyaga általában volfrám, de lehet platina-irídium, vagy arany is.[6]

A felbontás korlátja a tű görbületének a sugara. Az örvényáramok korlátozása is része a technológiának. Képfeldolgozó szoftverek segítségével tovább lehet növelni a képi hatást, akár 3D-ben is.[7][8] Az STM lehetővé teszi a felületek nanomanipulációját is.

  1. G. Binnig, H. Rohrer (1986). „Scanning tunneling microscopy”. IBM Journal of Research and Development 30, 4. o.  
  2. Press release for the 1986 Nobel Prize in physics
  3. "The Topografiner: An Instrument for Measuring Surface Microtopography". NIST. http://nvl.nist.gov/pub/nistpubs/sp958-lide/214-218.pdf Archiválva 2010. május 5-i dátummal a Wayback Machine-ben.
  4. C. Bai. Scanning tunneling microscopy and its applications. Springer Verlag (2000). ISBN 3-540-65715-0 
  5. a b C. Julian Chen. Introduction to Scanning Tunneling Microscopy [archivált változat]. Oxford University Press (1993). ISBN 0-19-507150-6. Hozzáférés ideje: 2013. március 15. [archiválás ideje: 2013. január 23.] 
  6. (2005) „STM carbon nanotube tips fabrication for critical dimension measurements”. Sensors and Actuators A: Physical 123-124, 655. o. DOI:10.1016/j.sna.2005.02.036.  
  7. R. V. Lapshin (1995). "Analytical model for the approximation of hysteresis loop and its application to the scanning tunneling microscope" (PDF). Review of Scientific Instruments 66 (9): 4718–4730. Bibcode 1995RScI...66.4718L. doi:10.1063/1.1145314. http://www.nanoworld.org/homepages/lapshin/publications.htm#analytical1995. (Russian translation is available).
  8. R. V. Lapshin (2007). "Automatic drift elimination in probe microscope images based on techniques of counter-scanning and topography feature recognition" (PDF). Measurement Science and Technology 18 (3): 907–927. Bibcode 2007MeScT..18..907L. doi:10.1088/0957-0233/18/3/046. http://www.nanoworld.org/homepages/lapshin/publications.htm#automatic2007.

További információk

szerkesztés