Badając modele atomowe Daltona, Thomsona, Rutherforda i Böhra, zauważono, że atomy są postrzegane oddzielnie. W rzeczywistości jednak nawet najbardziej zaawansowane mikroskopy nie są w stanie zobaczyć izolowanego atomu.
Jednak wraz z rozwojem technologii powstały maszyny, które pozwalają nam wizualizować kolorowe plamy, które dają nam lokalizację tych atomów w badanym materiale.
Pierwszym sprzętem, który pozwolił nam na takie wyczyny wygenerować rzeczywiste obrazy powierzchni o atomowej rozdzielczości, był Mikroskop Skaningowy mikroskop tunelowy lub po prostu skaningowy mikroskop tunelowy (STM). Dzięki temu możliwe jest rozdzielenie powierzchni w skali atomowej i wizualizacja rzeczywistych obrazów atomów i cząsteczek na powierzchni ciała stałego.
Mikroskop tunelowy (STM) został stworzony w 1981 roku przez naukowców Gerda Binninga i Heinricha Rohrera z IBM Zurich, którzy w 1986 roku otrzymali za to odkrycie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Jego zasada działania opiera się na zasadzie mechaniki kwantowej podwójnego zachowania elektronu, to znaczy może zachowywać się czasem jak cząstka, a czasem jak fala. Oznacza to, że jako fala może przenikać miejsca, które wcześniej według Mechaniki Klasycznej byłyby niemożliwe, a ponadto może przebić się przez potencjalną barierę, która klasycznie oddziela dwa regiony. dozwolony. Tak więc tylko dzięki sformułowaniu mechaniki kwantowej postęp ten był możliwy.
Tak więc to niezerowe prawdopodobieństwo, że fala przekroczy barierę, jest zjawiskiem znanym jako tunelowanie lub tunelowanie.
Napięcie elektryczne jest przykładane pomiędzy igłę wolframową z bardzo cienką końcówką a analizowaną próbką. To napięcie służy do zwiększenia prawdopodobieństwa przeniesienia elektronu. Ponieważ dzieje się tak, że gdy igła zbliży się do próbki, elektrony z igły będą tunelowane w próbce.
Ta igła porusza się po powierzchni materiału, skanując go, a tunelowane elektrony generują niewielki prąd elektryczny, który jest odbierany przez obwód maszyny, przesyłając te informacje do komputera, który bada topografię atomów na powierzchni próbki, czyli rejestruje ich relief (potencjał).
Siła prądu zależy od odległości; a jego stałość zależy od zmienności odległości między końcówką igły a próbką.
Przy użyciu tej techniki zarejestrowano już kilka obrazów atomowych powierzchni półprzewodników, a także chemicznie zaadsorbowanych molekuł.
Analizowane próbki muszą być przewodzące i, dla lepszego wyniku, muszą być wykonane w próżni. Można je również pobierać w atmosferze, ale powietrze może zanieczyścić próbkę i zakłócić uzyskany obraz.
Dzięki wynalezieniu STM stała się możliwa nie tylko wizualizacja atomów i cząsteczek, ale także ich pomiar i manipulacja. A to zapoczątkowało rozwój szerokiej gamy mikroskopów z sondą skanującą (SPM).
Jennifer Fogaça
Absolwent chemii
Źródło: Brazylia Szkoła - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm