Сканиращ тунелен микроскоп | начин за разглеждане на формата на малки обекти

Как работи

STM се нарича микроскоп, защото прави снимки на малки обекти. Но той е различен - няма нищо, в което да се вгледаме с очите си. Това е подобно на усещането за формата на предметите върху масата в тъмна стая: можете да нарисувате картина на формата, въпреки че не сте я видели с очите си. STM прави това за много малки обекти. Той работи чрез сканиране на остра метална игла напред-назад по повърхността и използва електрически ток вместо сила, за да усети формата. Когато върхът на острата метална игла се доближи много близо до повърхността на изследваното нещо, напрежението между тях предизвиква протичане на електрони в пространството между тях. Електроните преминават през това пространство чрез процес, наречен квантово тунелиране, откъдето идва и името на STM. Този малък ток от електрони протича, когато върхът почти докосва повърхността. Токът се променя, когато сондата се движи по повърхността. Тази промяна се записва от компютър, който я превръща в картина, която можем да видим.

Повърхността и накрайникът трябва да провеждат електрони, затова трябва да са изработени от метал или полупроводник. Сроден вид микроскоп отчита силата вместо електрическия ток. Този вид микроскоп се нарича микроскоп на атомната сила.

STM е трудна задача, тъй като се нуждае от много чиста повърхност и много остър връх на иглата. Обикновено STM работи във вакуум, за да не се нарушава целостта на повърхността от молекулите на въздуха, но може да работи и във въздух или вода.

 

Начини, по които може да направи картина

Първо, накрайникът се доближава много близо до повърхността на изследваната вещ. Това разстояние е около половин нанометър. След това накрайникът се движи много внимателно напред-назад по повърхността. Електрическият ток се измерва, докато накрайникът се движи напред-назад (метод на постоянната височина). STM може да работи и чрез регулиране на върха, така че тунелният ток да остане един и същ (метод на постоянния ток). Използването на метода на постоянната височина е по-бързо. Използването на метода на постоянния ток помага да се избегне блъскането на върха в неща по повърхността, така че може да се изследват неща, които са по-груби.

 

Преместване на атоми

STM може да премести атом (или молекула) на ново място върху повърхността. За да преместите атом, върхът се премества така, че да докосне атома. След това накрайникът издърпва или избутва атома на ново място. Преместването на атоми позволява на учените да ги подреждат в малки обекти, за да могат да тестват техните свойства и да изпробват нови идеи.

 

Части на STM

Частите на STM са: сканиращ накрайник, нещо, което движи накрайника, нещо, което го спира да вибрира, и компютър, който контролира накрайника и прави снимката.

 
Части на STM  


Близък план на обикновена глава на сканиращ тунелен микроскоп в Университета в Сейнт Андрюс, сканиращ MoS2 с помощта на платинено-иридиев стилус.  

Свързани страници

• Микроскоп с атомна сила
• Микроскоп

 

Литература

• 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 г., стр. 57-59.
• Чен, К. Ж.: Произход на атомната разделителна способност на метални повърхности при сканираща тунелна микроскопия, Physical Review Letters 65 (4), 1990 г., стр. 448-451

• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber и E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 50, 120 - 123 (1983)
• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber и E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57 - 61 (1982)
• G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Appl. Phys. Lett., Vol. 40, Issue 2, pp. 178-180 (1982)
• R. В. Лапшин, Методология на сканиране, ориентирана към характеристиките, за сондова микроскопия и нанотехнологии, Нанотехнологии, том 15, брой 9, страници 1135-1151, 2004 г.