Techniklexikon

Rastertunnelmikroskop

Optik, Oberflächen abbildendes Mikroskop, das auf dem Tunneleffekt beruht. G. Binnig und H. Rohrer erhielten 1986 den Nobelpreis für die Entwicklung dieses Mikroskops. Dabei wird eine Metallspitze piezoelektrisch im Abstand von ca. 1 nm über eine Oberfläche geführt (siehe Abb. 1). Legt man zwischen Oberfläche und Metallspitze eine Spannung U_t an, so beobachtet man einen Tunnelstrom I_t, ohne dass eine leitende Verbindung zwischen Spitze und Oberfläche besteht. Der Tunnelstrom hängt exponentiell vom Abstand zwischen Spitze und Oberfläche ab. Über eine Rückkopplung wird I_t benutzt, um den Abstand konstant zu halten, während die Spitze in xy-Richtung bewegt wird. Die Piezo-Regelspannung in z-Richtung wird als Messgrösse aufgezeichnet und in ein Oberflächenbild umgesetzt. Abb. 2 zeigt ein Beispiel für die Auflösung weniger Atomlagen auf einer Einkristalloberfläche. Fremdatome bewirken auf Grund veränderten Austrittspotentials eine Änderung des Tunnelstroms. Durch geeignete Signalmodulationen lassen sich beide Effekte trennen. (Rastertunnelmikroskopie)

Rastertunnelmikroskop 1: Schematische Darstellung der Funktionsweise eines Rastertunnelmikroskops.

Rastertunnelmikroskop 2: Aufnahme einer Si(111)-Oberfläche mittels Rastertunnelmikroskop. Man erkennt Stufen von mehreren Atomen Dicke (ca. 1,3 nm) und ca. 7,5 nm Breite. (aus: Bergmann/Schäfer, Lehrbuch der Experimentalphysik Bd. 3)