Rastrovací tunelový mikroskop (STM, angl. STM - Scanning tunneling microscope ) - varianta rastrovacího sondového mikroskopu , určená k měření reliéfu vodivých povrchů s vysokým prostorovým rozlišením.
V STM je ostrá kovová jehla přivedena ke vzorku ve vzdálenosti několika angstromů ( 0,1 nm ). Když je na jehlu aplikován malý potenciál vzhledem ke vzorku, vzniká tunelovací proud . Velikost tohoto proudu závisí exponenciálně na vzdálenosti vzorek-jehla. Typické proudové síly jsou 1-1000 pA při vzdálenostech mezi vzorkem a jehlou asi 1 Á . Rastrovací tunelový mikroskop je první ze třídy rastrovacích sondových mikroskopů ; atomové síly a rastrovací blízké optické mikroskopy byly vyvinuty později.
Během skenování se jehla pohybuje po povrchu vzorku, tunelový proud je udržován stabilní díky zpětné vazbě a hodnoty servosystému se mění v závislosti na topografii povrchu. Takové změny jsou fixní a na jejich základě je vytvořena výšková mapa. Další technika zahrnuje pohyb jehly v pevné výšce nad povrchem vzorku. V tomto případě se zafixuje změna velikosti tunelovacího proudu a na základě této informace se sestrojí topografie povrchu .
Rastrovací tunelový mikroskop (STM) obsahuje následující prvky:
Záznamový systém fixuje hodnotu funkce, která závisí na proudu mezi jehlou a vzorkem, nebo pohybu jehly podél osy Z. Obvykle je zaznamenaná hodnota zpracována systémem negativní zpětné vazby, který řídí polohu jehly. vzorek nebo sondu podél jedné ze souřadnic (Z). Nejčastěji používaným zpětnovazebním systémem je PID regulátor . Omezení pro použití metody jsou dána jednak podmínkou vodivosti vzorku ( povrchový odpor by neměl překročit 20 M Ohm / cm² ), jednak podmínkou „hloubka drážky musí být menší než její šířka“, protože jinak tunelování z bočních ploch. Ale to jsou jen hlavní omezení. Ve skutečnosti je jich mnohem více. Technologie ostření jehly například nemůže zaručit jediný bod na konci jehly, což může vést k paralelnímu snímání dvou oblastí různých výšek. Kromě situace hlubokého vakua máme ve všech ostatních případech na povrchu usazené ze vzduchu částice, plyny atd. Technologie hrubého přiblížení má také obrovský vliv na validitu získaných výsledků. Pokud bychom se při přiblížení jehly ke vzorku nemohli vyhnout dopadu jehly na povrch, pak by bylo velkou nadsázkou považovat jehlu za složenou z jednoho atomu na špičce pyramidy.
Skenovací tunelový mikroskop (STM) ve své moderní podobě vynalezli v roce 1981 (principy této třídy zařízení již dříve stanovili jiní výzkumníci) Gerd Karl Binnig a Heinrich Rohrer z laboratoře IBM v Curychu ( Švýcarsko ). V roce 1986 získali Binnig a Rohrer Nobelovu cenu za vynález STM a E. Rusk za vynález transmisního elektronového mikroskopu .
V SSSR byly první práce na toto téma vytvořeny v roce 1985 Ústavem fyzikálních problémů Akademie věd SSSR .
| Mikroskopie skenovací sondou | ||
|---|---|---|
| Hlavní typy mikroskopů | ||
| Jiné metody |
| |
| Zařízení a materiály | ||
| viz také | ||