pásztázó alagútmikroszkóp
(STM, Scanning Tunelling Microscope, alagútazás)

Vezető anyagok felületéről atomi felbontású képek készítésére alkalmas eszköz.
A pásztázó tűszondás mikroszkópok (SPM) egyik típusa.
Gerd Binnig és Heinrich Rohrer 1981-ben fejlesztették ki és 1986-ban fizikai Nobel díjban részesültek érte.

Képalkotása a felületet atomnyi távolságban pásztázó tű és a vezető felület atomjai között folyó áram, az úgynevezett alagútáram mérésén alapul. Egy nagyon hegyes csúcsot, ideális esetben egyetlen atomban végződő tűt, olyan közel visznek a vizsgálandó, elektromosan vezető felülethez, azaz a mintához, hogy a tű és minta atomjainak elektronfelhői részben átfedjenek.

Működési elve az ábrán látható.

A tű és a minta közötti távolság nanométer nagyságú kell legyen. Ilyen esetben, bár a klasszikus fizika szerint, nincs köztük elektromos érintkezés, a kvantummechanika törvényei alapján mégis átugrálhatnak elektronok bizonyos valószínűséggel a tű és a minta között.
A jelenség neve: alagútazás, ami arra utal, hogy a negatív elektron nem kapaszkodik ki a tűt alkotó atom pozitív magja által keltette potenciál-kútból, hanem a gerinc alatt fúrt alagúton jut át a a minta atom pozitív magja által keltett potenciál-völgybe. Külső beavatkozás hiányában, az elektronok átugrálása ugyanolyan valószínűséggel történik mindkét irányba, azaz az eredő áram nulla. Egy feszültségforrás segítségével elektromos teret létrehozva azonban a minta és a tű között, a tér kiválaszt egy alagutazási irányt, amely kedvezőbb lesz. (Ez olyan, mintha egy alagút lejtene valelyik irányban.)

A két elektróda között folyó alagútáram nagyon erősen függ a minta és a tű távolságától, 0,1 nanométeres távolság csökkenés megtízszerezi, illetve ugyanekkora növekedés tízedére csökkenti.
Az atomok jellemző átmérője pontosan ebben a mérettartományban van. Ezért, atomilag sík felületen, egy a síkon nyugvó atom az STM tűvel elmozdítható, hasonlóan mint egy biliárdgolyó az asztalon.
Kép úgy alkotható vele, hogy a pásztázó tű által az egyes pontokon mért áramot egy számítógéppel "összerakják" az adott felület háromdimenziós képévé.

A kutatók 35 xenonatomból kirakták az IMB logóját, hogy demonstrálják a lehetőségeket

Az STM továbbfejlesztésével hozták létre az atomerő-mikroszkópot (AFM), amely nem vezető anyagok felületének vizsgálatára is alkalmas.

Felhasznált irodalom