Pásztázó alagútmikroszkóp

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A pásztázó alagútmikroszkóp (scanning tunneling microscope (STM)) olyan műszer, mely alkalmas felületek képalkotására atomi felbontásban. A mikroszkóp az alagúthatás alapján működik.

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 (NIST) hasonló találmányt alkottak. [3]

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]

A STM működési alapja az alagúthatás. Amikor egy vezető tűt a vizsgálandó felülethez közelítünk igen közel, nanométer nagyságrendben, a tárgy és a tű közé alkalmazott elektromos tér hatására alagúthatás jön létre, elektronok fognak alagutazni. 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: nem lehet vibráció, stabil alapon kell a műszert működtetni. Az eredeti műszernél mágneses levitációt alkalmaztak a vibrációk kiküszöbölésére. Újabban speciális mechanikus rugózást vagy gázrúgót alkalmaznak.

Kettő tű alkalmazása jobb képet alkot. A tű anyag általában volfrám, de lehet platina-irídium, vagy arany is. [6]

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

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  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.
  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. Oxford University Press (1993). ISBN 0-19-507150-6 
  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.

Képek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

STM felépítése
Pásztázó alagútmikroszkóp
Grafit felület
Nanomanipuláció STM segítségével