Při studiu atomových modelů Daltona, Thomsona, Rutherforda a Böhra je třeba poznamenat, že atomy jsou vidět izolovaně. Ve skutečnosti nám však ani nejpokročilejší mikroskopy nejsou schopny umožnit vidět izolovaný atom.
S rozvojem technologie však byly vytvořeny stroje, které nám umožňují vizualizovat barevné skvrny, které nám dávají umístění těchto atomů ve studovaném materiálu.
První zařízení, které nám umožnilo takový výkon generovat skutečné obrazy povrchů s atomovým rozlišením, byl mikroskop Skenovací tunelový mikroskop nebo jednoduše skenovací tunelový mikroskop (STM). Pak je možné vyřešit povrchy v atomovém měřítku a vizualizovat skutečné obrazy atomů a molekul na povrchu pevné látky.
Tunelovací mikroskop (STM) byl vytvořen v roce 1981 vědci Gerd Binning a Heinrich Rohrer z IBM Zurich, kteří za tento objev v roce 1986 obdrželi Nobelovu cenu za fyziku.
Jeho pracovní princip je založen na principu kvantové mechaniky dvojího chování elektronu, to znamená, že se může chovat někdy jako částice a někdy jako vlna. To znamená, že jako vlna může proniknout na místa, která by podle Klasické mechaniky dříve byla nemožné a navíc může tunelovat potenciální bariérou, která klasicky odděluje dva regiony. povoleno. Tyto pokroky byly tedy možné pouze s formulací kvantové mechaniky.
Tato nenulová pravděpodobnost, že vlna má překročení bariéry, je tedy jev známý jako tunelování nebo tunelování.
Mezi wolframovou jehlu s extrémně jemnou špičkou a analyzovaný vzorek se přivádí elektrické napětí. Toto napětí slouží ke zvýšení pravděpodobnosti přenosu elektronů. Protože co se stane, je to, že když se jehla přiblíží ke vzorku, elektrony z jehly budou tunelovány do vzorku.
Tato jehla se pohybuje po povrchu materiálu, skenuje jej a tunelované elektrony generují malý elektrický proud, který je zachycen obvod stroje, odeslání těchto informací do počítače, který sleduje topografii atomů na povrchu vzorku, to znamená zaznamenává jejich reliéf (potenciál).
Síla proudu závisí na vzdálenosti; a jeho stálost závisí na změně vzdálenosti mezi hrotem jehly a vzorkem.
Pomocí této techniky již bylo zaznamenáno několik atomových obrazů polovodičových povrchů a také chemicky adsorbované molekuly.
Analyzované vzorky musí být vodivé a pro lepší výsledek musí být provedeny ve vakuu. Mohou být také zachyceny v atmosféře, ale vzduch může vzorek znečišťovat a narušit získaný obraz.
Díky vynálezu STM bylo možné atomy a molekuly nejen vizualizovat, ale také je měřit a manipulovat s nimi. A to vyvolalo vývoj široké škály mikroskopů skenovací sondy (SPM).
Autor: Jennifer Fogaça
Vystudoval chemii
Zdroj: Brazilská škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm