При вивченні атомних моделей Далтона, Томсона, Резерфорда та Бер, зазначається, що атоми розглядаються ізольовано. Однак насправді навіть найдосконаліші мікроскопи не можуть дозволити нам побачити ізольований атом.
Однак з розвитком технологій були створені машини, які дозволяють візуалізувати кольорові плями, які дають нам розташування цих атомів у досліджуваному матеріалі.
Першим обладнанням, яке дозволило нам зробити такий подвиг для створення реальних зображень поверхонь з атомною роздільною здатністю, був мікроскоп Скануючий тунельний мікроскоп або просто тунельний мікроскоп (STM). Тоді можна розрізнити поверхні в атомному масштабі та візуалізувати реальні зображення атомів і молекул на поверхні твердого тіла.
Тунельний мікроскоп (СТМ) був створений в 1981 році вченими Гердом Біннінгом та Генріхом Рорером з IBM Цюріх, які в результаті отримали Нобелівську премію з фізики в 1986 році за це відкриття.
Його принцип роботи заснований на принципі квантової механіки подвійної поведінки електрона, тобто він може поводитися іноді як частинка, а іноді як хвиля. Це означає, що як хвиля вона може проникати в місця, які раніше, згідно з класичною механікою, були б неможливий і, крім того, може пройти через потенційний бар'єр, який класично розділяє два регіони. дозволено. Таким чином, лише завдяки формулюванню квантової механіки ці досягнення стали можливими.
Таким чином, ця ненульова ймовірність переходу хвилі через бар’єр є явищем, відомим як тунелювання або тунелювання.
Електрична напруга подається між вольфрамовою голкою з надзвичайно дрібним наконечником та зразком, що підлягає аналізу. Ця напруга служить для збільшення ймовірності переносу електрона. Тому що, що станеться, це те, що коли голка наблизиться до зразка, електрони з голки будуть тунельовані в зразок.
Ця голка рухається по поверхні матеріалу, скануючи його, і тунельовані електрони генерують невеликий електричний струм, який вловлюється ланцюга машини, надсилаючи цю інформацію на комп'ютер, який знімає топографію атомів на поверхні зразка, тобто реєструє їх рельєф (потенційний).
Сила струму залежить від відстані; а його сталість залежить від зміни відстані між кінчиком голки та зразком.
За допомогою цієї техніки вже записано кілька атомних зображень напівпровідникових поверхонь, а також хімічно адсорбованих молекул.
Аналізовані зразки повинні бути електропровідними, а для кращого результату - у вакуумі. Їх також можна брати в атмосфері, але повітря може зробити зразок нечистим і скомпрометувати отримане зображення.
Завдяки винаходу СТМ стало можливим не тільки візуалізувати атоми та молекули, але й вимірювати та маніпулювати ними. І це спричинило розробку широкого спектру скануючих зондових мікроскопів (SPM).
Дженніфер Фогача
Закінчив хімію
Джерело: Бразильська школа - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/microscopio-tunelamento-com-varredura-stm.htm
