При изучении атомных моделей Дальтона, Томсона, Резерфорда и Бера отмечается, что атомы рассматриваются изолированно. В действительности, однако, даже самые современные микроскопы не позволяют нам увидеть изолированный атом.
Однако с развитием технологий были созданы машины, которые позволяют нам визуализировать цветные пятна, которые показывают нам расположение этих атомов в исследуемом материале.
Первым оборудованием, которое позволило нам создавать реальные изображения поверхностей с атомарным разрешением, был микроскоп. Сканирующий туннельный микроскоп или просто туннельный микроскоп (СТМ). Тогда можно разрешить поверхности в атомном масштабе и визуализировать реальные изображения атомов и молекул на поверхности твердого тела.
Туннельный микроскоп (СТМ) был создан в 1981 году учеными Гердом Биннингом и Генрихом Рорером из IBM в Цюрихе, получившими в 1986 году Нобелевскую премию по физике за это открытие.
Его принцип работы основан на принципе квантовой механики двойственного поведения электрона, то есть он может вести себя иногда как частица, а иногда как волна. Это означает, что как волна она может проникать в места, которые раньше, согласно Классической механике, были невозможно и, более того, может туннелировать через потенциальный барьер, который классически разделяет две области. разрешается. Таким образом, эти успехи стали возможны только с формулировкой квантовой механики.
Таким образом, ненулевая вероятность того, что волна пересечет барьер, является явлением, известным как туннелирование или туннелирование.
Электрическое напряжение подается между вольфрамовой иглой с очень тонким наконечником и анализируемым образцом. Это напряжение увеличивает вероятность переноса электронов. Поскольку происходит то, что, когда игла приближается к образцу, электроны от иглы будут туннелировать в образец.
Эта игла движется по поверхности материала, сканируя ее, и туннелированные электроны генерируют небольшой электрический ток, который улавливается схема машины, отправляя эту информацию в компьютер, который исследует топографию атомов на поверхности образца, то есть записывает их рельеф (потенциал).
Сила тока зависит от расстояния; и его постоянство зависит от изменения расстояния между кончиком иглы и образцом.
Используя эту технику, уже было записано несколько атомных изображений поверхностей полупроводников, а также химически адсорбированных молекул.
Анализируемые образцы должны быть токопроводящими и, для лучшего результата, должны выполняться в вакууме. Их также можно брать в атмосферу, но воздух может сделать образец загрязненным и ухудшить качество получаемого изображения.
Благодаря изобретению СТМ стало возможным не только визуализировать атомы и молекулы, но также измерять и манипулировать ими. И это послужило толчком к разработке широкого спектра сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ).
Дженнифер Фогача
Окончила химический факультет
Источник: Бразильская школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm
