Microscopio de túnel de barrido (STM, ing. STM - microscopio de túnel de barrido ) - una variante del microscopio de sonda de barrido , diseñado para medir el relieve de superficies conductoras con alta resolución espacial.
En STM, una aguja de metal afilada se acerca a la muestra a una distancia de varios angstroms ( 0,1 nm ). Cuando se aplica un pequeño potencial a la aguja en relación con la muestra, surge una corriente de efecto túnel . La magnitud de esta corriente depende exponencialmente de la distancia muestra-aguja. Las intensidades de corriente típicas son 1-1000 pA a distancias de aguja de muestra de aproximadamente 1 Å . El microscopio de túnel de barrido es el primero de una clase de microscopios de sonda de barrido ; Los microscopios ópticos de campo cercano y de fuerza atómica se desarrollaron más tarde.
Durante el escaneo, la aguja se mueve a lo largo de la superficie de la muestra, la corriente de tunelización se mantiene estable debido a la acción de retroalimentación y las lecturas del servosistema cambian según la topografía de la superficie. Dichos cambios son fijos y se construye un mapa de altura en base a ellos. Otra técnica consiste en mover la aguja a una altura fija sobre la superficie de la muestra. En este caso, se fija un cambio en la magnitud de la corriente de túnel y, sobre la base de esta información, se construye la topografía de la superficie .
El microscopio de efecto túnel (STM) incluye los siguientes elementos:
El sistema de registro fija el valor de la función que depende de la corriente entre la aguja y la muestra, o el movimiento de la aguja a lo largo del eje Z. Por lo general, el valor registrado es procesado por un sistema de retroalimentación negativa que controla la posición del muestra o sonda a lo largo de una de las coordenadas (Z). El sistema de retroalimentación más utilizado es el controlador PID . Las restricciones en el uso del método están impuestas, en primer lugar, por la condición de conductividad de la muestra ( la resistencia superficial no debe exceder los 20 M Ohm / cm² ), y en segundo lugar , por la condición “la profundidad del surco debe ser menor que su ancho”, porque de lo contrario se forma un túnel desde las superficies laterales. Pero estas son sólo las principales limitaciones. De hecho, hay muchos más. Por ejemplo, la tecnología de afilado de agujas no puede garantizar un solo punto en el extremo de la aguja, y esto puede llevar a escanear en paralelo dos áreas de diferentes alturas. Aparte de la situación de vacío profundo , en todos los demás casos tenemos partículas, gases, etc. Si al acercar la aguja a la muestra no pudiéramos evitar el impacto de la aguja en la superficie, entonces sería una gran exageración considerar que la aguja consiste en un átomo en la punta de la pirámide.
El microscopio de efecto túnel (STM) en su forma moderna fue inventado en 1981 (los principios de esta clase de dispositivos fueron establecidos anteriormente por otros investigadores) por Gerd Karl Binnig y Heinrich Rohrer del laboratorio de IBM en Zúrich ( Suiza ). En 1986, Binnig y Rohrer recibieron el Premio Nobel por la invención del STM y E. Rusk por la invención del microscopio electrónico de transmisión .
En la URSS, los primeros trabajos sobre este tema fueron realizados en 1985 por el Instituto de Problemas Físicos de la Academia de Ciencias de la URSS .
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