Pyyhkäisytunnelimikroskooppi (STM, eng. STM - pyyhkäisytunnelimikroskooppi ) - pyyhkäisykoetinmikroskoopin muunnos , joka on suunniteltu mittaamaan johtavien pintojen kohokuviota korkealla avaruudellisella resoluutiolla.
STM:ssä terävä metallineula tuodaan näytteeseen usean angströmin ( 0,1 nm ) etäisyydeltä. Kun neulaan kohdistetaan pieni potentiaali suhteessa näytteeseen, syntyy tunnelointivirta . Tämän virran suuruus riippuu eksponentiaalisesti näyte-neulan etäisyydestä. Tyypilliset virranvoimakkuudet ovat 1-1000 pA näyte - neulan etäisyyksillä noin 1 Å . Pyyhkäisytunnelointimikroskooppi on ensimmäinen pyyhkäisykoetinmikroskooppien luokassa ; atomivoima- ja pyyhkäisevät lähikenttäoptiset mikroskoopit kehitettiin myöhemmin.
Skannauksen aikana neula liikkuu näytteen pintaa pitkin, tunnelointivirta pysyy vakaana takaisinkytkentätoiminnan ansiosta ja servojärjestelmän lukemat muuttuvat pinnan topografian mukaan. Tällaiset muutokset ovat kiinteitä, ja niiden perusteella rakennetaan korkeuskartta. Toinen tekniikka sisältää neulan siirtämisen kiinteällä korkeudella näytteen pinnan yläpuolella. Tällöin tunnelointivirran suuruuden muutos on kiinteä ja tämän tiedon perusteella muodostetaan pinnan topografia .
Pyyhkäisytunnelimikroskooppi (STM) sisältää seuraavat elementit:
Tallennusjärjestelmä kiinnittää funktion arvon, joka riippuu neulan ja näytteen välisestä virrasta tai neulan liikkeestä Z-akselia pitkin. Yleensä tallennettu arvo käsitellään negatiivisella takaisinkytkentäjärjestelmällä, joka ohjaa neulan asentoa. näyte tai koetin pitkin yhtä koordinaateista (Z). Yleisimmin käytetty takaisinkytkentäjärjestelmä on PID-säädin . Menetelmän käyttöä rajoittavat ensinnäkin näytteen johtavuuden ehto ( pintaresistanssi ei saa ylittää 20 M Ohm / cm² ) ja toiseksi ehto "uran syvyyden tulee olla pienempi kuin sen leveys”, koska muuten tunnelointi sivupinnoilta. Mutta nämä ovat vain tärkeimmät rajoitukset. Itse asiassa niitä on monia muitakin. Esimerkiksi neulanteroitustekniikka ei voi taata yhtä pistettä neulan päässä, ja tämä voi johtaa kahden erikorkuisen alueen rinnakkaiseen skannaukseen. Paitsi syvätyhjiötilanne , kaikissa muissa tapauksissa pintaan on kertynyt ilmasta hiukkasia, kaasuja jne. Myös karkean lähestymistavan teknologialla on valtava vaikutus saatujen tulosten pätevyyteen. Jos lähestyessämme neulaa näytettä kohti, emme voineet välttää neulan iskua pintaan, niin olisi suurta liioittelua ajatella, että neula koostuisi yhdestä atomista pyramidin kärjessä.
Pyyhkäisytunnelimikroskoopin (STM) nykyaikaisessa muodossaan keksivät vuonna 1981 (muut tutkijat määrittelivät tämän laiteluokan periaatteet aiemmin) Gerd Karl Binnig ja Heinrich Rohrer IBM : n laboratoriosta Zürichissä ( Sveitsi ). Vuonna 1986 Binnig ja Rohrer saivat Nobel-palkinnon STM:n keksimisestä ja E. Rusk transmissioelektronimikroskoopin keksimisestä .
Neuvostoliitossa ensimmäiset teokset tästä aiheesta tehtiin vuonna 1985 Neuvostoliiton tiedeakatemian fyysisten ongelmien instituutissa .
| Pyyhkäisykoettimen mikroskopia | ||
|---|---|---|
| Mikroskooppien päätyypit | ||
| Muut menetelmät |
| |
| Laitteet ja materiaalit | ||
| Katso myös | ||