Pásztázó Alagútmikroszkóp

A mikroszkóp az alagúthatás alapján működik.

Az STM-et 1981-ben fejlesztette ki Gerd Binnig és Heinrich Rohrer a zürichi IBM-nél, amiért fizikai Nobel-díjat kaptak 1986-ban. Korábban R. Young, J. Ward, és F. Scire a NIST-nél hasonló találmányt alkottak.

A mikroszkóp laterális felbontása: 0,1 nm, mélységi felbontása: 0,01 nm. Ez a felbontás lehetővé teszi egyedi atomok megjelenítését, és azok manipulálását. Az STM nem csak vákuumban használható, hanem levegőn, vízben, vagy más közegben is. A működési hőmérsékleti tartomány közel zéró Kelvintől néhány száz Celsiusig terjedhet.

Az STM működési alapja az alagúthatás. Amikor egy vezető tűt a vizsgálandó felülethez közelítünk igen közel, nanométer nagyságrendben, a tárgy és a tű között alkalmazott elektromos tér hatására alagúthatás jön létre. A keletkező alagútáram a tű pozíciójának, az alkalmazott feszültségnek és a vizsgálandó minta felületi sűrűségének a függvénye.

A felületről az információt az alagútáram adja, melyet számítógép értékel ki. A két elektróda között folyó alagútáram függ a minta és a tű távolságától; 0,1 nanométeres távolság változás tízszeres áramváltozást okoz. Ennek alapján igen jó képet lehet alkotni a vizsgálandó felületről. A STM telepítése különleges helyszínt igényel: a vibráció kizárása szükséges, stabil alapon kell a műszert működtetni. Az eredeti műszernél mágneses levitációt alkalmaztak a vibrációk kiküszöbölésére. Újabban speciális mechanikus rugózást vagy gázrugót alkalmaznak.

Két tű alkalmazásával jobb képet lehet alkotni. A tű anyaga általában volfrám, de lehet platina-irídium, vagy arany is.

A felbontás korlátja a tű görbületének a sugara. Az örvényáramok korlátozása is része a technológiának. Képfeldolgozó szoftverek segítségével tovább lehet növelni a képi hatást, akár 3D-ben is. Az STM lehetővé teszi a felületek nanomanipulációját is.

•  
  Nanomanipuláció STM segítségével
•  
  Grafitfelület SEM-képe. Elektronszerkezeti okokból minden második atom kelt világos foltot, így háromszögrács látható

• Tersoff, J.: Hamann, D. R.: Theory of the scanning tunneling microscope, Physical Review B 31, 1985, p. 805 - 813.
• Bardeen, J.: Tunnelling from a many-particle point of view, Physical Review Letters 6 (2), 1961, p. 57-59.
• Chen, C. J.: Origin of Atomic Resolution on Metal Surfaces in Scanning Tunneling Microscopy, Physical Review Letters 65 (4), 1990, p. 448-451

• http://molecularmodelingbasics.blogspot.hu/2009/09/tunneling-and-stm.html (animáció)
• http://www.toutestquantique.fr/#tunnel
• https://web.archive.org/web/20080908024937/http://www.uni-ulm.de/~hhoster/personal/surface_alloys.html