عند دراسة النماذج الذرية لدالتون وتومسون وراذرفورد وبوهر ، لوحظ أن الذرات تُرى بمعزل عن غيرها. ومع ذلك ، في الواقع ، لا تستطيع حتى المجاهر الأكثر تقدمًا أن تسمح لنا برؤية ذرة معزولة.
ومع ذلك ، مع تطور التكنولوجيا ، تم إنشاء آلات تسمح لنا بتصور البقع الملونة التي تعطينا موقع هذه الذرات في المادة المدروسة.
كانت المعدات الأولى التي سمحت لنا بمثل هذا العمل الفذ لتوليد صور حقيقية للأسطح بدقة ذرية هي الميكروسكوب مسح المجهر النفقي أو ببساطة مسح المجهر النفقي (STM). ومن ثم يصبح من الممكن حل الأسطح على نطاق ذري وتصور صور حقيقية للذرات والجزيئات على سطح المادة الصلبة.
تم إنشاء مجهر الأنفاق (STM) في عام 1981 من قبل العالمين جيرد بينينج وهاينريش روهرر ، من شركة آي بي إم زيورخ ، الذين حصلوا على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1986 لهذا الاكتشاف.
يعتمد مبدأ عملها على مبدأ ميكانيكا الكم للسلوك المزدوج للإلكترون ، أي أنه يمكن أن يتصرف أحيانًا كجسيم وأحيانًا كموجة. هذا يعني أنه ، كموجة ، يمكن أن تخترق الأماكن التي ستكون موجودة من قبل ، وفقًا للميكانيكا الكلاسيكية مستحيل ، وعلاوة على ذلك ، يمكن أن يحفر نفقًا عبر حاجز محتمل يفصل بين منطقتين بشكل كلاسيكي. مسموح. وبالتالي ، لم يكن هذا التقدم ممكنًا إلا من خلال صياغة ميكانيكا الكم.
وبالتالي ، فإن هذا الاحتمال غير الصفري بأن الموجة تعبر حاجزًا هي ظاهرة تُعرف باسم النفق أو النفق.
يتم تطبيق جهد كهربائي بين إبرة التنغستن بطرف رفيع للغاية والعينة المراد تحليلها. يعمل هذا الجهد على زيادة احتمالية نقل الإلكترون. لأن ما سيحدث هو أنه كلما اقتربت الإبرة من العينة ، سيتم نقل الإلكترونات من الإبرة إلى العينة.
تتحرك هذه الإبرة فوق سطح المادة ، وتمسحها ضوئيًا ، وتولد الإلكترونات النفقية تيارًا كهربائيًا صغيرًا يلتقطه دائرة الآلة ، ترسل هذه المعلومات إلى الكمبيوتر ، الذي يقوم بمسح تضاريس الذرات على سطح العينة ، أي يسجل ارتياحها (القدره).
تعتمد قوة التيار على المسافة ؛ ويعتمد ثباتها على تباين المسافة بين طرف الإبرة والعينة.
باستخدام هذه التقنية ، تم بالفعل تسجيل العديد من الصور الذرية لأسطح أشباه الموصلات ، وكذلك الجزيئات الممتزة كيميائيًا.
يجب أن تكون العينات التي تم تحليلها موصلة ، ولتحقيق نتيجة أفضل ، يجب أن تتم في فراغ. يمكن أيضًا التقاطها في الغلاف الجوي ، لكن الهواء يمكن أن يجعل العينة غير نقية ويضر بالصورة التي تم الحصول عليها.
بفضل اختراع STM ، أصبح من الممكن ليس فقط تصور الذرات والجزيئات ، ولكن أيضًا قياسها ومعالجتها. وقد أدى ذلك إلى تطوير مجموعة متنوعة من مجاهر مجسات المسح (SPM).
بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm