میکروسکوپ تونلی روبشی
From Wikipedia, the free encyclopedia
میکروسکوپ تونلی روبشی ( STM ) به انگلیسی: (STM: Scanning tunneling microscope) گونهای میکروسکوپ پراب روبشی است که براساس روبش سطح رسانا بهوسیلهٔ نوک بسیار باریک (در حد چند نانومتر) و تغییر در میزان جریان عبوری برحسب فاصله کار میکند. با این میکروسکوپ میتوان نحوه آرایش اتمها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر ایجاد شده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است. جریان در این گونه میکروسکوپ مستقیم (DC) است و جریان به صورت نمایی با فاصله نوک از نمونه رابطه دارد.
این میکروسکوپ، ابزاری برای تصویربرداری از سطوح، در مقیاس اتمی است. این وسیله در سال 1981 اختراع شد و مخترعان آن، گرد بینگ و هاینریش روهرر، در IBM زوریخ، جایزه نوبل فیزیک را در سال 1986 را به دست آوردند. [1] [2] [3] STM با استفاده از یک نوک رسانای بسیار تیز که میتواند اجسام کوچکتر از 0.1 نانومتر را تشخیص دهد، با وضوح 0.01 نانومتری، عمق سطح را حس میکند.(در مقیاس 10 پیکومتر) این بدان معنی است که میتوان به طور معمول از اتمها تصویربرداری و حتی آنها را دستکاری کرد، به صورتی که آنها را میتوان جابهجا کرد و در موقعیتهای دلخواه قرار داد.
بیشتر میکروسکوپها برای استفاده در شرایط ultra-high vacuum و در دمای نزدیک به صفر کلوین ساخته شدهاند، اما امروزه انواع مختلفی برای مطالعات هوایی،محیط های آبی و سایر محیطها و حتی دماهای بیش از 1000 درجه سانتیگراد وجود دارد. [4]
STM بر اساس مفهوم تونل زنی کوانتومی ساخته شده است. هنگامی که نوک آن، بسیار نزدیک به سطح مورد بررسی میشود، ولتاژ بایاس اعمال شده بین این دو، این امکان را فراهم میکند تا الکترون ها عبور کنند و جریان برقرار شود. این جریان، حاصل تابعی از موقعیت نوک، ولتاژ اعمال شده و چگالی محلی حالتها (LDOS) نمونه است. اطلاعات با پردازش جریانی که از نوک اسکن میشود، بدست میآیند و معمولاً به شکل تصویر نمایش داده میشوند.
در واقع روشی که به طیف سنجی تونلی کوانتومی معروف است به این شکل عمل میکند: نگه داشتن نوک در یک موقعیت ثابت و بالاتر از سطح، تغییر ولتاژ بایاس و ثبت تغییرات حاصل از جریان. با استفاده از این روش میتوان چگالی محلی حالتهای الکترونی را بازسازی کرد و آنها را پردازش نمود. [5] این کار گاهی در میدانهای مغناطیسی بالا و در حضور ناخالصیها انجام میشود تا خصوصیات و فعل و انفعالات الکترون در ماده مورد مطالعه را استنباط و بررسی کند.
میکروسکوپ اسکن تونلی روبشی در مقایسه با سایر میکروسکوپها، میتواند یک انتخاب چالش برانگیز هم باشد، زیرا به سطوح بسیار تمیز و پایدار،یک نوک بسیار تیز،سطحی با ایزولاسیون عالی در برابر لرزش (سطحی بدون هیچ گونه لرزش و نوسان) و الکترونیک پیشرفته نیاز دارد. با این وجود، بسیاری از علاقهمندان ترجیح میدهند از این میکروسکوپها استفاده کنند. [6]