Scanning tunneling microscopy
Scanning tunneling microscopy(STM) is eentechniekwaarmee men opatomaireschaal detopografievan een voorwerp kan bepalen. Hij is rond1980ontwikkeld dooronderzoekersvan deIBM-onderzoekslaboratoria. STM was een grote revolutie, omdat voor het eerstatomenéén voor één in beeld kwamen. In1986ontvingen de ontwikkelaars,Gerd BinnigenHeinrich Rohrer,voor hun werk deNobelprijs voor de Natuurkunde.
Werking
[bewerken|brontekst bewerken]Descanning-tunnelingmicroscoopofrastertunnelmicroscoopwerkt niet met golven of deeltjes die een afbeelding maken van een object, maar met een naald (probe) waarvan de punt slechts een enkel atoom groot is. Deze naald wordt vlak boven het object gebracht, zo dichtbij dat degolffunctiesvan de naald en het object overlappen. Zodra dat het geval is treedttunnelingvan elektronen op: elektronen kunnen door de ruimte tussen het object en de naald tunnelen, en er begint een stroom te lopen. Door hetexponentiële vervalvan de golffuncties is de tunnelstroom sterk afhankelijk van de precieze afstand tussen het object en de naald; door de naald op of neer te bewegen kan de tunnelstroom worden ingesteld.
Om van scanning tunneling microscopy gebruik te kunnen maken, moet het object elektrisch geleidend zijn. Op basis van soortgelijke technieken zijn later andere microscopen ontwikkeld, bijvoorbeeld deatoomkrachtmicroscoop,die deze beperking niet hebben en dus op niet-geleidende voorwerpen werken.
Om de minuscule bewegingen uit te voeren die nodig zijn voor een scanning-tunnelingmicroscoop wordt gebruikgemaakt vanpiëzo-elektrische kristallen:dat zijnkristallendie krimpen en uitzetten onder invloed van een elektrische spanning.
Beeldvorming
[bewerken|brontekst bewerken]Om een beeld te maken wordt de naald in lijnen over het object bewogen. Tijdens deze beweging wordt geprobeerd om de tunnelstroom constant te houden. De verticale beweging die daarvoor nodig is geeft een beeld van de bergen en dalen op het oppervlak van het object.
Meting
[bewerken|brontekst bewerken]Door despanningop de naald aan te passen en het effect op de tunnelstroom te meten, kan men eigenschappen van de atomen in het object leren kennen.
Atomen verplaatsen
[bewerken|brontekst bewerken]Met de scanning-tunnelingmicroscoop kan men niet alleen oppervlakken bestuderen, maar ook beïnvloeden: men kan atomen op het oppervlak van het object manipuleren - erbij zetten, verplaatsen en weghalen - door handig gebruik te maken van de naald en het elektrisch veld van de microscoop.
