Μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας

To μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (αγγλικά: scanning tunneling microscope, STM) είναι όργανο για την απεικόνιση επιφανειών σε ατομικό επίπεδο. Για την ανάπτυξή του (1981), το 1986 απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής στους Μπίνιγκ (Binnig) και Ρόρερ (Rohrer).^[1] Επιτυγχάνει ανάλυση 0,1 nm στο επίπεδο και 0,01 nm (10 pm) εκτός επιπέδου.^[2] Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση αλλά και τη μετακίνηση μεμονωμένων ατόμων και μορίων στις επιφάνειες υλικών. Το μικροσκόπιο λειτουργεί σε πολύ υψηλό κενό, αέρα, νερό και άλλα περιβάλλοντα υγρών ή αερίων. Λειτουργεί ακόμα σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 10 mK^[3] (κοντά στο απόλυτο μηδέν) έως πάνω από 1300 Κ (~ 1000 °C).^[4]

Το STM βασίζεται στο φαινόμενο σήραγγας. Όταν μία ακίδα πλησιάζει πολύ κοντά μία επιφάνεια υπό εξέταση, μία τάση μεταξύ των δύο επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να διαπεράσουν το κενό που τους χωρίζει. Το ρεύμα σήραγγας που προκύπτει είναι συνάρτηση της απόστασης της ακίδας από την επιφάνεια, της εφαρμοζόμενης τάσης και της τοπικής πυκνότητας καταστάσεων του δείγματος. Τα δεδομένα λαμβάνονται με την παρακολούθηση του ρεύματος καθώς η ακίδα σαρώνει την επιφάνεια και συνήθως παρουσιάζονται με τη μορφή εικόνας.^[5]

Το μικροσκόπιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στη φασματοσκοπία σάρωσης σήραγγας. Η τεχνική συνίσταται στη διατήρηση της ακίδας σε σταθερή θέση πάνω από την επιφάνεια, στη μεταβολή της τάσης πόλωσης και στην καταγραφή της προκύπτουσας μεταβολής του ρεύματος. Έτσι μπορεί να ανακατασκευαστεί η τοπική πυκνότητα καταστάσεων.^[6] Αυτή η τεχνική μπορεί να πραγματοποιηθεί και σε (υψηλά) μαγνητικά πεδία και/ή με παρουσία προσμίξεων για τη μελέτη των ιδιοτήτων των υλικών.

Η μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας απαιτεί συχνά εξαιρετικά καθαρές και σταθερές επιφάνειες, αιχμηρές ακίδες, άριστη απομόνωση δονήσεων και εξελιγμένα ηλεκτρονικά συστήματα. Παρόλα αυτά, τέτοια μικροσκόπια κατασκευάζονται και ερασιτεχνικά.^[7]

Παραπομπές

↑ Press release for the 1986 Nobel Prize in physics
↑ C. Bai (2000). Scanning tunneling microscopy and its applications. New York: Springer Verlag. ISBN 978-3-540-65715-6.
↑ «A 10 mK scanning tunneling microscope operating in ultra high vacuum and high magnetic fields». Review of Scientific Instruments 84: 033903. 2013. doi:10.1063/1.4793793. https://www.fkf.mpg.de/6050834/kk694-assig-rev-sci-instrum-84-033903-2013.pdf. Ανακτήθηκε στις 8 Αυγούστου 2020.
↑ «SPECS brochure of Aarhus SPM» (PDF). Ανακτήθηκε στις 8 Αυγούστου 2020.
↑ Chen, C. Julian (1993). Introduction to scanning tunneling microscopy. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-802356-2. 666956524.
↑ Voigtländer, Bert (2015). Scanning Tunneling Spectroscopy (STS). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. σελίδες 309–334. ISBN 978-3-662-45239-4.
↑ «References · e-basteln». www.e-basteln.de. Ανακτήθηκε στις 20 Δεκεμβρίου 2022.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Scanning tunneling microscope στο Wikimedia Commons

[1] Press release for the 1986 Nobel Prize in physics

[Bai-2] C. Bai (2000). Scanning tunneling microscopy and its applications. New York: Springer Verlag. ISBN 978-3-540-65715-6.

[3] «A 10 mK scanning tunneling microscope operating in ultra high vacuum and high magnetic fields». Review of Scientific Instruments 84: 033903. 2013. doi:10.1063/1.4793793. https://www.fkf.mpg.de/6050834/kk694-assig-rev-sci-instrum-84-033903-2013.pdf. Ανακτήθηκε στις 8 Αυγούστου 2020.

[4] «SPECS brochure of Aarhus SPM» (PDF). Ανακτήθηκε στις 8 Αυγούστου 2020.

[5] Chen, C. Julian (1993). Introduction to scanning tunneling microscopy. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-802356-2. 666956524.

[6] Voigtländer, Bert (2015). Scanning Tunneling Spectroscopy (STS). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. σελίδες 309–334. ISBN 978-3-662-45239-4.

[7] «References · e-basteln». www.e-basteln.de. Ανακτήθηκε στις 20 Δεκεμβρίου 2022.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]