Scanning tunneling microscope (STM, eng. STM - scanning tunneling microscope ) - en variant af scanning probe mikroskop , designet til at måle relief af ledende overflader med høj rumlig opløsning.
I STM bringes en skarp metalnål til prøven i en afstand af flere ångstrøm ( 0,1 nm ). Når et lille potentiale påføres nålen i forhold til prøven, opstår der en tunnelstrøm . Størrelsen af denne strøm afhænger eksponentielt af prøve-nål-afstanden. Typiske strømstyrker er 1-1000 pA ved prøve-nåleafstande på ca. 1 Å . Scanningstunnelmikroskopet er det første af en klasse af scanningsprobemikroskoper ; atomkraft og scanning nærfelt optiske mikroskoper blev udviklet senere.
Under scanning bevæger nålen sig langs overfladen af prøven, tunnelstrømmen holdes stabil på grund af feedback-handlingen, og aflæsningerne af servosystemet ændrer sig afhængigt af overfladens topografi. Sådanne ændringer er faste, og et højdekort er bygget på deres grundlag. En anden teknik involverer at flytte nålen i en fast højde over prøveoverfladen. I dette tilfælde er en ændring i størrelsen af tunnelstrømmen fastsat, og på grundlag af denne information konstrueres overfladetopografien .
Scanning tunneling mikroskop (STM) omfatter følgende elementer:
Registreringssystemet fastsætter værdien af funktionen, der afhænger af strømmen mellem nålen og prøven, eller bevægelsen af nålen langs Z-aksen. Normalt behandles den registrerede værdi af et negativt feedback-system, der styrer positionen af prøve eller sonde langs en af koordinaterne (Z). Det mest almindeligt anvendte feedbacksystem er PID-regulatoren . Begrænsninger for brugen af metoden pålægges for det første af prøvens ledningsevne ( overflademodstanden bør ikke overstige 20 M Ohm / cm² ), og for det andet af betingelsen "dybden af rillen skal være mindre end dens bredde”, fordi der ellers tunneleres fra sidefladerne. Men disse er kun de vigtigste begrænsninger. Faktisk er der mange flere. For eksempel kan nåleslibningsteknologi ikke garantere et enkelt punkt for enden af nålen, og dette kan føre til parallel scanning af to områder med forskellig højde. Bortset fra situationen med dybt vakuum , har vi i alle andre tilfælde aflejret partikler, gasser osv. fra luften på overfladen.Teknologien med rå tilgang har også en enorm indflydelse på validiteten af de opnåede resultater. Hvis vi, når vi nærmede nålen til prøven, ikke kunne undgå nålens påvirkning på overfladen, ville det være en stor overdrivelse at betragte nålen som bestående af et atom i spidsen af pyramiden.
Scanning tunneling mikroskop (STM) i sin moderne form blev opfundet i 1981 (principperne for denne klasse af enheder blev fastlagt tidligere af andre forskere) af Gerd Karl Binnig og Heinrich Rohrer fra IBM laboratoriet i Zürich ( Schweiz ). I 1986 blev Binnig og Rohrer tildelt Nobelprisen for opfindelsen af STM og E. Rusk for opfindelsen af transmissionselektronmikroskopet .
I USSR blev de første værker om dette emne lavet i 1985 af Institute of Physical Problems of the Academy of Sciences of the USSR .
| Scanning probe mikroskopi | ||
|---|---|---|
| Hovedtyper af mikroskoper | ||
| Andre metoder |
| |
| Enheder og materialer | ||
| se også | ||