Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

Pásztázó alagútáram-mikroszkóp

Pásztázó alagútáram-mikroszkóp

http://virag.elte.hu/kurti/afm1.html

Igen fontos lépés volt a nanométeres vagy annál kisebb tárgyakat az ember számára láthatóvá tevő eszközök megjelenése. Egyrészt a már klasszikusnak számító elektronmikroszkópiát (1933-ban fedezte fel E. Ruska) sikerült arra a szintre tökéletesíteni, ahol képes rutinszerűen feloldani a néhány tizednanométeres részleteket.

Svájci fizikusok 1981-ben a fénymikroszkóptól (mikronos felbontás) és az elektronmikroszkóptól teljesen eltérő elven működő, új mikroszkópcsalád első tagját fejlesztették ki: az alagútmikroszkópot. Ez képes, a nanométer tizedrésze nagyságú atomi méretű részletek felbontására is. Segítségével először "pillantott meg" az ember atomokat, és megvizsgálhatta egy szabályos atomi elrendeződésben (kristályban) egyetlen atom hiánya által előidézett változásokat. Binning és Rohrer 1986-ban Nobel-díjat kaptak a felfedezésükért.

A pásztázó alagút(áram)mikroszkóp (Scanning Tunneling Microscopy, STM) lehetővé teszi, hogy szilárd felületekről készítsünk képeket. Az STM működésének alapja egy úgynevezett alagútáram, amely akkor folyik, ha egy hegyes tű legalább 1 nanométer távolságra megközelít egy elektromosan vezető felületet. A hegyes tűt egy piezoelektromos rúd végére szerelik, így parányi elmozdulása elektronikusan vezérelhető. Mialatt végigpásztázza a felületet, az STM elektronikája mindig úgy mozdítja el, hogy az alagútáram, (és így tulajdonképpen a felület és a tű távolsága) állandó maradjon. Ez a mozgás (tehát a felület pontos lekövetése), rögzíthető és ábrázolható úgy, mint a felület domborzati képe. Ideális esetben az egyes atomok felülete egymástól megkülönböztethető, és láthatóvá tehető.

12.26. ábra - Pásztázó alagút(áram)mikroszkóp sémája

Pásztázó alagút(áram)mikroszkóp sémája

http://alag3.mfa.kfki.hu/stm-stud/labgyak/

A kép nemcsak a felület alakjától, hanem a felületi villamos töltéssűrűségtől is függ, sőt van a tű és minta között olyan kölcsönhatás is, ami még nem tisztázott eléggé. Maga a berendezés ugyan levegőben vagy folyadékban is működne, de ahhoz, hogy elkerüljük a minta szennyeződését, nagyvákuum kell. Egy fémfelület esetén az is gond, hogy az STM-en keresztül nagyon laposnak látszik, mert az egyes atomok alig (1-10 % atomátmérő) emelkednek ki a felületből. Ha látni akarjuk az egyes atomokat, akkor a tűt az atomátmérő 1 %-nak megfelelő távolságban, azaz körülbelül 2 pikométer távolságban kell „vezetni”, „eltartani”. Ez azt is jelenti, hogy a műszert a környezeti rezgésektől tökéletesen el kell szigetelni. Az STM képeit általában „fekete-fehérben jelenítik” meg, ahol a kiemelkedéseket fehérrel a mélyedéseket feketével ábrázolják.

12.27. ábra - Virális cirkuláris DNS szál

Virális cirkuláris DNS szál

http://virag.elte.hu/kurti/afm1.html