ΕΝΘΕΤΟ. ΤΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΣΑΡΩΣΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ (SCANNING TUNNELING MICROSCOPE STM)
Ένθετο για το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) των Binnig και Rohrer, που χρησιμοποιεί το φαινόμενο σήραγγας για να απεικονίσει αγώγιμες επιφάνειες σε κλίμακα ατόμων.
Γ΄ Λυκείου · Φυσική · 30 λεπτά
Το μάθημα είναι στο σχολικό βιβλίο. Δεν το αντιγράφουμε εδώ. Άνοιξε το επίσημο
κεφάλαιο και γύρνα για την εξάσκηση.
Η σύνοψη, οι όροι και οι ασκήσεις γράφτηκαν με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης από το
σχολικό βιβλίο και μπορεί να έχουν λάθη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο: ό,τι σου φαίνεται περίεργο,
έλεγξέ το εκεί. Βρήκες λάθος; Γράψε μας στο aporia@signmak.com.
Σχεδιάγραμμα
Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη. Πηγή είναι πάντα το βιβλίο.
Τι έγινε
Η ιδέα των ατόμων υπάρχει τουλάχιστον από τον Δημόκριτο, αλλά τα άτομα δεν ήταν παρατηρήσιμα. Το 1982 οι Binnig και Rohrer έφτιαξαν το STM, που μας έδειξε άτομα, και τέσσερα χρόνια αργότερα πήραν το Νόμπελ.
Ανάλογο από το φως: στην ολική εσωτερική ανάκλαση το κύμα περνά για λίγο έξω από το γυαλί, και ένα δεύτερο πλακίδιο πολύ κοντά το παραλαμβάνει, τόσο περισσότερο όσο πιο κοντά είναι.
Τα ηλεκτρόνια ενός μετάλλου βρίσκονται σε πηγάδι δυναμικού. Ανάμεσα σε δύο μέταλλα πολύ κοντά, με τάση ανάμεσά τους, κάποια ηλεκτρόνια περνούν το φράγμα, και το ρεύμα μεγαλώνει εκθετικά όσο μικραίνει το κενό.
Στο STM μια αιχμηρή ακίδα πλησιάζει το δείγμα χωρίς επαφή· με τάση από λίγα mV ως λίγα V περνά ρεύμα σήραγγας περίπου 10⁻⁹ A, που αλλάζει με τους «λόφους» και τις «κοιλάδες» της επιφάνειας.
Η ακίδα ανεβοκατεβαίνει ώστε το ρεύμα να μένει σταθερό· η κίνησή της, με πολλές σαρώσεις και υπολογιστή, δίνει εικόνα της επιφάνειας σε κλίμακα ατόμων, π.χ. άτομα άνθρακα στον γραφίτη.
Την κίνηση την ελέγχουν πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι, που αναπτύσσουν τάση όταν συμπιέζονται και αλλάζουν μήκος όταν δέχονται τάση· η σάρωση γίνεται με περίπου 10 nm/s.
Το STM απεικονίζει μόνο αγώγιμες επιφάνειες· για μονωτές υπάρχει το SFM, που ανιχνεύει απωστικές δυνάμεις ανάμεσα στα άτομα.
Πρόσωπα
Gerd Binnig
φυσικός, κατασκεύασε το STM το 1982 μαζί με τον Rohrer
Heinrich Rohrer
φυσικός, συνδημιουργός του STM· Νόμπελ τέσσερα χρόνια μετά
Μια πολύ αιχμηρή ακίδα πλησιάζει ένα αγώγιμο δείγμα χωρίς να το αγγίξει, και μια μικρή τάση προκαλεί ρεύμα σήραγγας της τάξης του nA. Καθώς η ακίδα σαρώνει, ένα κύκλωμα την ανεβοκατεβάζει ώστε το ρεύμα να μένει σταθερό, και η κίνησή της δίνει την εικόνα της επιφάνειας.
Ποιο φαινόμενο του φωτός μοιάζει με το φαινόμενο σήραγγας;
Η ολική εσωτερική ανάκλαση: το φως δε σταματά ακαριαία στην επιφάνεια του γυαλιού, και ένα δεύτερο πλακίδιο πολύ κοντά μπορεί να το παραλάβει. Έτσι και τα ηλεκτρόνια περνούν από ένα μέταλλο σε ένα άλλο πολύ κοντινό.
Γιατί το STM δεν απεικονίζει μονωτές;
Γιατί χρειάζεται ρεύμα σήραγγας ανάμεσα σε ακίδα και δείγμα, άρα αγώγιμο δείγμα. Για μη αγώγιμα υλικά χρησιμοποιείται το SFM, που ανιχνεύει απωστικές δυνάμεις ανάμεσα σε άτομα.
Ανοίγει το μενού κοινοποίησης του κινητού σου. Αν δεν υπάρχει, αντιγράφεται ο σύνδεσμος.
Νέα από το aporia.gr Νέες ενότητες και ό,τι βρίσκουμε στα θέματα των Πανελληνίων, στη σελίδα μας στο Facebook.