tunneleringsmicroscopie

Tunneleringsmicroscopie, in het Engels bekend als scanning tunneling microscopy (STM), is een oppervlaktemicroscopietechniek die gebruikmaakt van elektrische tunneling tussen een scherpe tip en een geleidende oppervlakte om beelden te vormen op atomaire schaal. Het beeld ontstaat doordat de tip zeer dicht bij het oppervlak wordt gebracht en een kleine tunnelingstroom tussen tip en oppervlak wordt gemeten terwijl de tip over het oppervlak wordt gescand.

Principe: een fijn uiteinde van een geleidend materiaal wordt op enkele ångstroms afstand van het oppervlak geplaatst. Met een kleine bias spanning ontstaat tunnelstroom, waarvan de waarde sterk afhangt van de afstand tussen tip en oppervlak. Een feedbacklus regelt de afstand zodat de tunnelsstroom constant blijft; de beweging van de tip wordt omgezet in een topografische kaart. In spectroskopiemodus (STS) kunnen I-V-curves worden verzameld om lokale elektronische eigenschappen, zoals de lokale dichtheids-of toestanden, te onderzoeken.

Uitrusting en werkomstandigheden: een STM-systeem bevat doorgaans een scherpe tip (vaak tungsten), een piezo-elektrische scanner voor in- en uit-rasteren, en een geringe trillingsisolatie- en bedieningsinrichting. De meting vindt meestal plaats in vacuüm of in een inert atmosfeer, soms bij lage temperaturen, wat ruis vermindert en stabiliteit verhoogt.

Toepassingen en beperkingen: STM levert atomaire resolutie op de oppervlakken van geleidende of semi-geleidende materialen, zoals metalen, grafiet en sommige nanostructuren. Het kan ook worden gebruikt voor lokale elektronische metingen en manipulatie van individuele atomen. Beperkingen omvatten vereist conductieve monsters, tip-sample interactie die het oppervlak kan verstoren, en interpretatieproblemen door tipvorm en convolution.

Geschiedenis: STM werd in 1981 ontwikkeld door Gerd Binnig en Heinrich Rohrer, wat leidde tot uitgebreide toepassingen in nanoscience. Zij ontvingen hiervoor in 1986 de Nobelprijs voor prijs voor Fysica.