Rastertunnelmikroskop-Instrument

Rastertunnelmikroskop (STM), Mikroskoptyp, dessen Funktionsprinzip auf dem als Tunneling bekannten quantenmechanischen Phänomen basiert, bei dem die wellenförmigen Eigenschaften von Elektronen es ihnen ermöglichen, über die Oberfläche eines Festkörpers hinaus in Bereiche des Raums zu "tunneln", die ihnen nach den Regeln verboten sind der klassischen Physik. Die Wahrscheinlichkeit, solche Tunnelelektronen zu finden, nimmt exponentiell ab, wenn der Abstand von der Oberfläche zunimmt. Das STM nutzt diese extreme Entfernungsempfindlichkeit. Die scharfe Spitze einer Wolframnadel befindet sich einige Angström von der Probenoberfläche entfernt. Eine kleine Spannung wird zwischen der Sondenspitze und der Oberfläche angelegt, wodurch Elektronen über den Spalt tunneln. Wenn die Sonde über die Oberfläche gescannt wird, registriert sie Schwankungen des Tunnelstroms, und diese Informationen können verarbeitet werden, um ein topografisches Bild der Oberfläche bereitzustellen.

Das STM erschien 1981, als die Schweizer Physiker Gerd Binnig und Heinrich Rohrer ein Werkzeug zur Untersuchung der lokalen Leitfähigkeit von Oberflächen bauten. Binnig und Rohrer wählten die Oberfläche aus Gold für ihr erstes Bild. Als das Bild auf dem Bildschirm eines Fernsehmonitors angezeigt wurde, sahen sie Reihen von genau beabstandeten Atomen und beobachteten breite Terrassen, die durch Schritte von einem Atom Höhe getrennt waren. Binnig und Rohrer hatten im STM eine einfache Methode entdeckt, um ein direktes Bild der atomaren Struktur von Oberflächen zu erstellen. Ihre Entdeckung eröffnete eine neue Ära für die Oberflächenwissenschaft und ihre beeindruckende Leistung wurde 1986 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.