STM Schüler-Mikroskop - für junge Forscher

Diese Apparatur (5 kg) ermöglicht eine indirekte Bildaufnahme. Es wird eine elektrisch leitende Spitze systematisch über eine leitende Probe gefahren. Der Abstand von der Spitze bis zur Probe ist sehr gering (1 bis 4 nm), sodass bei Anlegen einer Spannung an der Probe ein Tunnelstrom erzeugt wird. Der Abstand zwischen Spitze und Probe wird immer konstant gehalten. Abweichungen in der Oberfläche werden von den Piezos nachgesteuert. Diese Nachregelungen lassen sich digital verarbeiten. Dadurch lässt sich die Oberfläche am Computer digital nachbilden.

(Quelle: Physikalische Werkstatt der WWU, die das Mikroskop gebaut hat)

Hintergrund: Elektronenrastermikroskop

1981 stellten die beiden IBM-Mitarbeiter Gerd Binning und Heinrich Röhrer der Öffentlichkeit ein neues Elektronenmiskroskop vor. Bei diesem Mikroskop werden Elektronen eingesetzt, welche einen schmalen Spalt zwischen zwei elektrisch leitenden Oberflächen "übertunneln" können.

Beim Rastertunnelmikroskop setzt man eine sehr feine Wolframnadel ein, welche als Elektronenquelle dient. An der Spitze der Wolframnadel steht genau ein Atom. Die Nadel wird in einem geringen Abstand zeilenweise (Atomzeilen) über die Oberfläche geführt. Dabei springen Elektronen von der Wolframnadel über den Spalt zur Probe. Zwischen Probe und Wolframnadel liegt nur eine Spannung von etwa einem Volt; dass die Elektronen den Spalt überspringen, kann mit einem quantenphysikalischen Phänomen erklärt werden. Man spricht in diesem Zusammenhang von einem so genannten Tunneleffekt.

Der entstehende Tunnelstrom kann gemessen werden und in einem Rechner zu einem optischen Signal verrechnet werden. Da an der Spitze der Wolframnadel nur ein Atom steht, erhält man ein Bild von dem atomaren Aufbau der Materie.

Das Rastertunnelmikroskop kommt in nahezu allen naturwissenschaftlichen Disziplinen zum Einsatz und dient der Aufklärung des strukturellen Aufbaus der Materie.