Scanning tunneling microscope (STM, eng. STM - scanning tunneling microscope ) - en variant av scanning probe mikroskop , designat för att mäta relief av ledande ytor med hög rumslig upplösning.
I STM förs en vass metallnål till provet på ett avstånd av flera ångström ( 0,1 nm ). När en liten potential appliceras på nålen i förhållande till provet, uppstår en tunnelström . Storleken på denna ström beror exponentiellt på prov-nålavståndet. Typiska strömstyrkor är 1-1000 pA vid prov-nålavstånd på cirka 1 Å . Skanningstunnelmikroskopet är det första i en klass av avsökningssondmikroskop ; Optiska mikroskop för atomkraft och scanning av närfält utvecklades senare.
Under skanning rör sig nålen längs provets yta, tunnelströmmen hålls stabil på grund av återkopplingsverkan, och avläsningarna av servosystemet ändras beroende på ytans topografi. Sådana förändringar är fasta och en höjdkarta byggs på grundval av dem. En annan teknik innebär att nålen flyttas på en fast höjd ovanför provytan. I detta fall är en förändring i storleken på tunnelströmmen fixerad, och på basis av denna information konstrueras yttopografin .
Scanning tunneling microscope (STM) innehåller följande element:
Registreringssystemet fixar värdet på funktionen som beror på strömmen mellan nålen och provet, eller nålens rörelse längs Z-axeln. Vanligtvis bearbetas det registrerade värdet av ett negativt återkopplingssystem som styr positionen för prov eller sond längs en av koordinaterna (Z). Det vanligaste återkopplingssystemet är PID-regulatorn . Restriktioner för användningen av metoden åläggs, för det första, av tillståndet för provets konduktivitet ( ytmotståndet bör inte överstiga 20 M Ohm / cm² ), och för det andra , av villkoret "spårets djup måste vara mindre än dess bredd”, eftersom annars tunnlar från sidoytorna. Men dessa är bara de viktigaste begränsningarna. Det finns faktiskt många fler. Till exempel kan nålskärpningstekniken inte garantera en enda punkt i änden av nålen, och detta kan leda till parallell scanning av två områden med olika höjd. Bortsett från situationen med djupt vakuum har vi i alla andra fall partiklar, gaser etc. avsatts från luften på ytan.Tekniken för grovt tillvägagångssätt har också en enorm inverkan på giltigheten av de erhållna resultaten. Om vi, när vi närmade oss nålen till provet, inte kunde undvika nålens påverkan på ytan, skulle det vara en stor överdrift att betrakta nålen som en atom i spetsen av pyramiden.
Scanning tunneling microscope (STM) i sin moderna form uppfanns 1981 (principerna för denna klass av enheter fastställdes tidigare av andra forskare) av Gerd Karl Binnig och Heinrich Rohrer från IBM- laboratoriet i Zürich ( Schweiz ). 1986 tilldelades Binnig och Rohrer Nobelpriset för uppfinningen av STM och E. Rusk för uppfinningen av transmissionselektronmikroskopet .
I Sovjetunionen gjordes de första verken om detta ämne 1985 av Institutet för fysiska problem vid USSR:s vetenskapsakademi .
| Skanningssondmikroskopi | ||
|---|---|---|
| Huvudtyper av mikroskop | ||
| Andra metoder |
| |
| Enheter och material | ||
| se även | ||