Bij het bestuderen van de atoommodellen van Dalton, Thomson, Rutherford en Böhr valt op dat atomen geïsoleerd worden gezien. In werkelijkheid zijn zelfs de meest geavanceerde microscopen niet in staat om een geïsoleerd atoom te zien.
Met de ontwikkeling van technologie werden echter machines gemaakt waarmee we gekleurde vlekken kunnen visualiseren die ons de locatie van deze atomen in het bestudeerde materiaal geven.
De eerste apparatuur waarmee we zo'n prestatie konden leveren om echte afbeeldingen van oppervlakken met atomaire resolutie te genereren, was de microscoop Scanning Tunneling Microscope of gewoon Scanning Tunneling Microscope (STM). Het is dan mogelijk om oppervlakken op atomaire schaal op te lossen en echte beelden van atomen en moleculen op het oppervlak van een vaste stof te visualiseren.
De tunnelmicroscoop (STM) werd in 1981 gemaakt door wetenschappers Gerd Binning en Heinrich Rohrer van IBM Zürich, die voor deze ontdekking in 1986 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontvingen.
Het werkingsprincipe is gebaseerd op het principe van de kwantummechanica van het dubbele gedrag van het elektron, dat wil zeggen, het kan zich soms gedragen als een deeltje en soms als een golf. Dit betekent dat het als een golf kan doordringen tot plaatsen die voorheen, volgens de klassieke mechanica, zouden zijn onmogelijk is en bovendien door een potentiële barrière kan tunnelen die klassiek twee regio's scheidt. toegestaan. Het was dus alleen met de formulering van Quantum Mechanics dat deze vooruitgang mogelijk was.
Dus deze kans die niet nul is dat de golf een barrière overschrijdt, is een fenomeen dat bekend staat als tunneling of tunneling.
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
Er wordt een elektrische spanning aangelegd tussen een wolfraamnaald met een uiterst fijne punt en het te analyseren monster. Deze spanning dient om de kans op elektronenoverdracht te vergroten. Want wat er zal gebeuren, is dat, naarmate de naald dichter bij het monster komt, de elektronen van de naald in het monster worden getunneld.
Deze naald beweegt over het oppervlak van het materiaal, scant het, en de getunnelde elektronen genereren een kleine elektrische stroom, die wordt opgevangen door de machinecircuit, dat deze informatie naar de computer stuurt, die de topografie van de atomen op het oppervlak van het monster onderzoekt, dat wil zeggen, hun reliëf registreert (potentieel).
De sterkte van de stroom hangt af van de afstand; en zijn constantheid hangt af van de variatie van de afstand tussen de naaldpunt en het monster.
Met behulp van deze techniek zijn al verschillende atomaire beelden van halfgeleideroppervlakken vastgelegd, evenals chemisch geadsorbeerde moleculen.
De geanalyseerde monsters moeten geleidend zijn en voor een beter resultaat in een vacuüm. Ze kunnen ook in de atmosfeer worden genomen, maar lucht kan het monster onzuiver maken en het verkregen beeld in gevaar brengen.
Dankzij de uitvinding van de STM werd het niet alleen mogelijk om atomen en moleculen te visualiseren, maar ook om ze te meten en te manipuleren. En dit heeft geleid tot de ontwikkeling van een breed scala aan scanning probe microscopen (SPM).
Door Jennifer Fogaça
Afgestudeerd in scheikunde
Wil je naar deze tekst verwijzen in een school- of academisch werk? Kijken:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Gescande tunnelmicroscoop (STM)"; Brazilië School. Beschikbaar in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm. Betreden op 27 juni 2021.
