Принцип работы сканирующего туннельного микроскопа

Вакуумный зазор между двумя проводниками также представляет собой потенциальный барьер для свободных электронов проводников. Туннелирование электронов через вакуумный зазор между тонкой проводящей иглой и поверхностью проводника используется в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ).

В 1982 году два швейцарских физика Герд Бинниг и Гейнрих Рорер, работающие в Исследовательской лаборатории фирмы ИБМ в Цюрихе (Швейцария), сконструировали прибор, с помощью которого можно было рассматривать отдельные атомы на поверхности. Создателям этого прибора – сканирующего туннельного микроскопа (сокращенно – СТМ) – в 1986 году была присуждена Нобелевская премия).

Чувствительным элементом СТМ служит острие, которое может с высокой точностью перемещаться по исследуемой поверхности. При заданной разности потенциалов между остриём и поверхностью величина туннельного тока

(11.9)

экспоненциально зависит от толщины туннельного зазора. Здесь - сопротивление туннельного зазора, и - некоторые постоянные величины, - средняя работа выхода электрона из иглы и исследуемого материала.

При перемещении иглы вдоль поверхности с помощью цепи обратной связи величины и поддерживаются постоянными за счёт сохранения постоянной толщины вакуумного зазора . Величина управляющего напряжения, подаваемого на пьезоэлемент, жестко связанный с иглой, является измерительным сигналом, несущим информацию о топографии поверхности. Высокое пространственное разрешение в направлении нормали обусловлено экспоненциальной зависимостью туннельного тока от величины . Пространственное разрешение в направлении плоскости, касательной к поверхности, зависит от радиуса кривизны иглы. Здесь - безразмерный коэффициент порядка 10.

СТМ относится к приборам зондовой микроскопии, в которых используются различные физические взаимодействия (кулоновское, магнитное, ван-дер-ваальсовое и.т.д.) микроскопического зонда с исследуемой поверхностью.

Читайте также:

Пьезокварцевые иммуносенсоры

Электронно-оптические устройства

Сенсорные системы человека

Эффект Мейснера и его практическое применение

Вернуться в оглавление: Физические явления