Тунельний мікроскоп

Схема роботи сканувального тунельного мікроскопа

Зображення отримане за допомогою сканувального тунельного мікроскопа. На зображенні моношар нормального алкану C46H94

Сканувальна тунельна мікроскопія (СТМ) (англ. scanning tunneling microscope) — метод дослідження детальної структури електропровідної поверхні з атомною точністю. В основі його лежить використання тунельного ефекту, що здійснюється так: до кінчика тоненької (молекулярних розмірів) голки, що розміщена над поверхнею, прикладається певна (дуже мала) напруга, що викликає невеликий квантово-механічний тунельний струм для подолання енергетичного бар'єра між кінчиком голки та поверхнею. За величиною цього струму створюється топографічна карта поверхні. Збільшення напруги може привести до зміщення атомів поверхні або й викликати хімічну реакцію.

Історія

Тунельний мікроскоп винайшли Герд Бінніг і Генріх Рорер зі швейцарського відділення IBM, за що отримали Нобелівську премію з фізики за 1986 рік разом із винахідником електронного мікроскопа Ернстом Рускою. У своєї Нобелівської лекції Рорер і Біннінг написали:

…Через приблизно два роки, незадовго до одержання перших зображень, ми довідалися про статтю Р. Янга зі співавторами[1], у якій було дано опис польового випромінюючого мікроскопа, названого авторами «топографайнером» (topografiner). Цей мікроскоп мав багато спільного зі СТМ, якщо не вважати того, що вістря розташовувалося досить далеко від поверхні … Якби вони оцінили хоча б теоретично роздільну здатність тунелювання при скануванні, те, імовірно, прийшли б до нової ідеї — Сканувальної Тунельної Мікроскопії. Вони підійшли до цієї ідеї ближче, ніж хто-небудь інший.[2]

Див. також роботи Рассела Янга, що були надруковані значно раніше [3][4]

Принцип дії

Принцип дії тунельного мікроскопа заснований на пропусканні тунельного струму між тонким щупом і поверхнею. Щуп сканує поверхню в горизонтальній площині і переміщається у вертикальній площині таким чином, щоб підтримувати струм на постійному рівні. Вертикальні переміщення задаються прикладеною напругою, яка й фіксується для кожної точки поверхні, дозволяючи побудувати рельєф.

Див. також

• Мікроскоп
• Атомний силовий мікроскоп
• Денситометрія електронної хмарки
• Нанотехнології
• Nanocar
• Сканувальний зондовий мікроскоп
• IBM в атомах
• Хлопчик і його атом

Література

• Бинниг Г., Рорер Г., Руска Э. Сканирующая туннельная микроскопия — от рождения до юности: Нобелевськая лекция. / Атомы «глазами» электронов. — М.: Знание, 1988.
• Глосарій термінів з хімії / укладачі: Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 738 с. — ISBN 978-966-335-206-0.

Примітки

1. |R. Young, J. Ward, and F. Scire, The Topografiner: An Instrument for Measuring Surface Microtopography, Rev. Sci.Instrum. 43, 999—1011 (1972).
2. Binnig G., Rohrer Н. Scanning Tunneling Microscopy — From Birth to Adolescence: Nobel Lecture. Stockholm December 8, 1986.
3. R. D. Young, Field Emission Ultramicrometer, Rev. Sci. Instrum.37, 275—278 (1966).
4. R. D. Young, Surface microtopography, Phys. Today 24 (11),42-49 (1971).