Pri štúdiu atómových modelov Daltona, Thomsona, Rutherforda a Böhra je potrebné poznamenať, že atómy sú vnímané izolovane. V skutočnosti nám však ani tie najvyspelejšie mikroskopy nedokážu umožniť vidieť izolovaný atóm.
S rozvojom technológie však boli vytvorené stroje, ktoré nám umožňujú vizualizovať farebné škvrny, ktoré nám poskytujú polohu týchto atómov v študovanom materiáli.
Prvým zariadením, ktoré nám umožnilo takýmto výkonom generovať skutočné obrazy povrchov s atómovým rozlíšením, bol mikroskop Skenovací tunelový mikroskop alebo jednoducho skenovací tunelový mikroskop (STM). Potom je možné rozlíšiť povrchy v atómovej mierke a vizualizovať skutočné obrazy atómov a molekúl na povrchu pevnej látky.
Tunelovací mikroskop (STM) vytvorili v roku 1981 vedci Gerd Binning a Heinrich Rohrer z IBM Zurich, ktorí za tento objav nakoniec v roku 1986 dostali Nobelovu cenu za fyziku.
Jeho princíp fungovania je založený na princípe kvantovej mechaniky duálneho správania elektrónu, to znamená, že sa môže správať niekedy ako častica a niekedy ako vlna. To znamená, že ako vlna môže preniknúť na miesta, ktoré by predtým, podľa klasickej mechaniky, boli nemožné a navyše môže tunelovať cez potenciálnu bariéru, ktorá klasicky oddeľuje dva regióny. povolený. Tieto pokroky boli teda možné iba pri formulovaní kvantovej mechaniky.
Táto nenulová pravdepodobnosť, že vlna má prechod bariérou, je teda jav známy ako tunelovanie alebo tunelovanie.
Medzi wolfrámovú ihlu s mimoriadne jemným hrotom a analyzovanú vzorku sa privádza elektrické napätie. Toto napätie slúži na zvýšenie pravdepodobnosti prenosu elektrónov. Pretože čo sa stane, je to, že keď sa ihla priblíži k vzorke, elektróny z ihly budú tunelované do vzorky.
Táto ihla sa pohybuje po povrchu materiálu, skenuje ho a tunelované elektróny vytvárajú malý elektrický prúd, ktorý je zachytávaný strojový obvod, ktorý tieto informácie pošle do počítača, ktorý zisťuje topografiu atómov na povrchu vzorky, to znamená zaznamenáva ich reliéf (potenciálny).
Sila prúdu závisí od vzdialenosti; a jeho stálosť závisí od zmeny vzdialenosti medzi hrotom ihly a vzorkou.
Pomocou tejto techniky bolo už zaznamenaných niekoľko atómových obrazov polovodičových povrchov, ako aj chemicky adsorbovaných molekúl.
Analyzované vzorky musia byť vodivé a pre lepší výsledok sa musia robiť vo vákuu. Môžu sa tiež zachytávať v atmosfére, ale vzduch môže spôsobiť, že vzorka bude nečistá a narušiť získaný obraz.
Vďaka vynálezu STM bolo možné atómy a molekuly nielen vizualizovať, ale aj merať a manipulovať s nimi. A to spustilo vývoj širokej škály skenovacích mikroskopov (SPM).
Autor: Jennifer Fogaça
Vyštudoval chémiu
Zdroj: Brazílska škola - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm