Das Rastertunnelmikroskop (STM) ist eine fortschrittliche Art von Mikroskop, mit dem der Benutzer einzelne Atome und Moleküle betrachten und manipulieren kann. Es handelt sich um eine Form der Mikroskopie, bei der eine scharfe Spitze, in der Regel aus Wolfram, zum Abtasten einer Probenoberfläche verwendet wird. Während die Spitze die Oberfläche abtastet, ist sie in der Lage, die Höhe jedes Atoms und Moleküls zu messen, was dann die Erstellung eines Bildes der Probenoberfläche ermöglicht.
Das STM funktioniert, indem es die Probenoberfläche mit einer scharfen Spitze aus Wolfram abtastet, die an einem piezoelektrischen Scanner befestigt ist. Wenn die Spitze in die Nähe der Oberfläche gebracht wird, wird zwischen der Spitze und der Probe eine Spannung angelegt, die einen Tunnelstrom erzeugt, der zwischen ihnen fließt. Der Tunnelstrom wird dann gemessen und das resultierende Signal wird verwendet, um ein Bild der Probenoberfläche zu erstellen.
Ein STM besteht aus mehreren Komponenten, darunter ein Probenhalter, ein piezoelektrischer Scanner, ein Spitzenhalter, eine Spannungsquelle und ein Tunnelstrommessgerät. Der Probenhalter hält die Probe an ihrem Platz und der piezoelektrische Scanner wird verwendet, um die Spitze über die Probenoberfläche zu bewegen. Der Spitzenhalter hält die Wolframspitze fest, und die Spannungsquelle liefert die für die Erzeugung des Tunnelstroms erforderliche Spannung. Schließlich misst das Tunnelstrommessgerät den Tunnelstrom und erstellt das Bild der Probenoberfläche.
Das STM hat mehrere Vorteile, darunter die Fähigkeit, die Höhe einzelner Atome und Moleküle zu messen, die hohe Auflösung und die Fähigkeit, eine Probenoberfläche im Nanometerbereich zu messen. Darüber hinaus sind STMs relativ einfach zu bedienen und können für die Untersuchung einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Metallen, Halbleitern und Isolatoren, verwendet werden.
Das STM hat mehrere Anwendungen, einschließlich der Abbildung, Herstellung und Manipulation von Materialien auf der Nanometerskala. Darüber hinaus kann es zur Untersuchung der Eigenschaften von Materialien verwendet werden, z. B. ihrer elektrischen und magnetischen Eigenschaften sowie ihrer chemischen und mechanischen Eigenschaften.
Obwohl das STM ein unglaublich leistungsfähiges Werkzeug ist, hat es doch einige Grenzen. So ist beispielsweise die Stärke des Tunnelstroms begrenzt, und das STM ist nicht in der Lage, die Höhe von Atomen und Molekülen zu messen, die mehr als ein paar Nanometer von der Spitze entfernt sind. Außerdem ist das STM nicht in der Lage, die Eigenschaften von Materialien zu messen, wie z. B. ihre elektrischen und magnetischen Eigenschaften.
Die Kosten für ein STM variieren je nach seinen Spezifikationen und Funktionen. Im Allgemeinen können die Kosten für ein STM zwischen einigen Tausend Dollar und Hunderttausenden von Dollar liegen.
Die Zukunft des STM ist sehr vielversprechend. Die Wissenschaftler arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung der Auflösung und der Fähigkeiten von STMs, so dass sie zur Untersuchung komplexerer Materialien und zur Erstellung noch detaillierterer Bilder eingesetzt werden können. Außerdem wird die Entwicklung neuer Techniken und Technologien, wie z. B. die Manipulation von Atomen und die Nanofabrikation, den Einsatz von STMs auf neue und spannende Weise ermöglichen.
Die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und die Rastertunnelmikroskopie (STM) sind beides Methoden, mit denen hochauflösende Bilder von Oberflächen gewonnen werden können. SEM verwendet einen fokussierten Elektronenstrahl, um ein Sekundärelektronensignal zu erzeugen, das zur Erstellung eines Bildes verwendet wird, während STM eine scharfe Spitze verwendet, um die Oberfläche zu untersuchen und ein topografisches Bild zu erzeugen. STM ermöglicht eine Auflösung auf atomarer Ebene, während SEM auf Auflösungen in der Größenordnung von Nanometern beschränkt ist.
Die Rastertunnelmikroskopie (STM) ist eine Art der Mikroskopie, bei der eine scharfe Metallspitze zum Abtasten der Oberfläche eines Materials verwendet wird. Die Spitze ist mit einem Rückkopplungsmechanismus verbunden, der den Strom misst, der zwischen der Spitze und der Oberfläche fließt. Der Strom wird verwendet, um ein dreidimensionales Bild der Oberfläche zu erstellen.
Das Funktionsprinzip des STM ist recht einfach. Eine sehr scharfe Spitze wird nahe an die Oberfläche einer Probe gebracht, und zwischen der Spitze und der Probe wird eine Spannung angelegt. Die Spannung erzeugt ein elektrisches Feld, das die Elektronen in der Probe zur Spitze hin anzieht. Wenn die Elektronen von der Probe zur Spitze fließen, erzeugen sie einen Strom, der gemessen werden kann. Durch die Überwachung des Stroms kann die Position der Spitze sehr genau gesteuert werden, was die Erstellung äußerst detaillierter Bilder der Probenoberfläche ermöglicht.
STM wird in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt, darunter in der Halbleiterfertigung, der Datenspeicherung und der Medizin. In der Halbleiterfertigung wird STM eingesetzt, um sehr kleine Strukturen auf der Oberfläche von Halbleitermaterialien zu erzeugen. Dies ist wichtig für die Herstellung kleinerer und leistungsfähigerer Halbleitergeräte. In der Datenspeicherung wird STM zur Herstellung extrem dichter Datenspeichergeräte verwendet. Dies ist wichtig, um große Datenmengen auf kleinem Raum zu speichern. In der Medizin wird STM zur Herstellung sehr kleiner medizinischer Geräte wie Implantate und Stents eingesetzt. Dies ist wichtig für die Behandlung von Patienten mit Krankheiten oder Verletzungen, die sehr kleine medizinische Geräte erfordern.