เมื่อศึกษาแบบจำลองอะตอมของ Dalton, Thomson, Rutherford และ Böhr พบว่าอะตอมแยกจากกัน อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง แม้แต่กล้องจุลทรรศน์ที่ล้ำสมัยที่สุดก็ยังไม่สามารถทำให้เรามองเห็นอะตอมที่แยกออกมาได้
อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี เครื่องจักรจึงถูกสร้างขึ้นที่ช่วยให้เราเห็นภาพจุดสีที่ทำให้เรามีตำแหน่งของอะตอมเหล่านี้ในวัสดุที่ศึกษา
อุปกรณ์แรกที่ทำให้เราสามารถสร้างภาพจริงของพื้นผิวที่มีความละเอียดระดับอะตอมได้คือกล้องจุลทรรศน์ Scanning Tunneling Microscope หรือเพียงแค่ Tunneling Microscope (STM) จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะแก้ไขพื้นผิวในระดับอะตอมและเห็นภาพจริงของอะตอมและโมเลกุลบนพื้นผิวของของแข็ง
กล้องจุลทรรศน์แบบเจาะอุโมงค์ (STM) ถูกสร้างขึ้นในปี 1981 โดยนักวิทยาศาสตร์ Gerd Binning และ Heinrich Rohrer จาก IBM Zurich ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1986 สำหรับการค้นพบครั้งนี้
หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับหลักการของกลศาสตร์ควอนตัมของพฤติกรรมคู่ของอิเล็กตรอน กล่าวคือ มันสามารถทำหน้าที่เป็นอนุภาคในบางครั้งและบางครั้งก็เป็นคลื่น ซึ่งหมายความว่าในฐานะที่เป็นคลื่น มันสามารถทะลุเข้าไปในสถานที่ที่ก่อนหน้านี้ตามกลศาสตร์คลาสสิกจะเป็น เป็นไปไม่ได้และนอกจากนี้ ยังสามารถเจาะทะลุสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นซึ่งแยกสองส่วนออก ได้รับอนุญาต ดังนั้น ด้วยสูตรของกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้นที่ความก้าวหน้าเหล่านี้เป็นไปได้
ดังนั้น ความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์นี้ที่คลื่นจะข้ามสิ่งกีดขวางจึงเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าอุโมงค์หรืออุโมงค์
อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)
ใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างเข็มทังสเตนที่มีปลายที่ละเอียดมากกับตัวอย่างที่จะวิเคราะห์ แรงดันไฟฟ้านี้ทำหน้าที่เพิ่มความน่าจะเป็นของการถ่ายโอนอิเล็กตรอน เพราะสิ่งที่จะเกิดขึ้นก็คือ เมื่อเข็มเข้าไปใกล้ตัวอย่างมากขึ้น อิเล็กตรอนจากเข็มจะถูกเจาะเข้าไปในตัวอย่าง
เข็มนี้เคลื่อนผ่านพื้นผิวของวัสดุ สแกน และอิเล็กตรอนในอุโมงค์จะสร้างกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งถูกหยิบขึ้นมาโดย วงจรเครื่องส่งข้อมูลนี้ไปยังคอมพิวเตอร์ซึ่งสำรวจภูมิประเทศของอะตอมบนพื้นผิวของตัวอย่างนั่นคือบันทึกความโล่งใจ (มีศักยภาพ).
ความแรงของกระแสขึ้นอยู่กับระยะทาง และค่าความคงตัวขึ้นอยู่กับความแปรผันของระยะห่างระหว่างปลายเข็มกับตัวอย่าง
การใช้เทคนิคนี้ ทำให้ภาพอะตอมของพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์หลายภาพได้รับการบันทึกแล้ว เช่นเดียวกับโมเลกุลที่ดูดซับทางเคมี
ตัวอย่างที่วิเคราะห์จะต้องนำไฟฟ้าและจะต้องทำในสุญญากาศเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า พวกมันยังสามารถถ่ายในบรรยากาศได้ แต่อากาศสามารถทำให้ตัวอย่างไม่บริสุทธิ์และทำให้ภาพที่ได้รับประนีประนอม
ต้องขอบคุณการประดิษฐ์ STM ไม่เพียงแต่จะทำให้เห็นภาพอะตอมและโมเลกุลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการวัดและจัดการพวกมันด้วย และสิ่งนี้ได้กระตุ้นการพัฒนากล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน (SPM) ที่หลากหลาย
โดย เจนนิเฟอร์ โฟกาซา
จบเคมี
คุณต้องการอ้างอิงข้อความนี้ในโรงเรียนหรืองานวิชาการหรือไม่ ดู:
โฟกาซ่า, เจนนิเฟอร์ โรชา วาร์กัส "กล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกน (STM)"; โรงเรียนบราซิล. มีจำหน่ายใน: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm. เข้าถึงเมื่อ 27 มิถุนายน 2021.
