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Lexikon der Optik: Rastertunnelmikroskop

Rastertunnelmikroskop, ein auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt beruhendes neuartiges Mikroskop. Es wurde 1982 von G. Binnig und H. Rohrer entwickelt. Das Kernstück ist eine – meist aus Wolfram gezogene – Abtastnadel mit einer außerordentlich feinen Spitze, die mit Hilfe piezoelektrischer Stellglieder im Abstand von etwa 1 nm zeilenweise über die zu untersuchende leitende Oberfläche geführt wird. Eine angelegte elektrische Spannung von einigen Millivolt bis zu einigen Volt bewirkt das Auftreten eines Tunnelstroms zwischen der Nadelspitze und der Probe. Der Tunnelstrom hängt jedoch extrem empfindlich vom Abstand zwischen der Spitze und der gegenüberliegenden Stelle der Oberfläche ab. Die Beobachtung erfolgt nun in der Weise, daß man die Nadel beim Abtasten mittels einer Steuerelektronik in vertikaler Richtung so bewegt, daß der Tunnelstrom konstant bleibt. Es wird so ein fester Abstand zwischen der Nadelspitze und der Oberfläche eingehalten. Die Nadel folgt somit dem Oberflächenprofil. Ihre Auf- und Abbewegungen werden elektronisch umgesetzt und zur Bilderzeugung genutzt.

Die experimentell erreichbare Auflösungsgrenze in der zur Oberfläche senkrechten Richtung beträgt einige Tausendstel Nanometer, in lateraler Richtung liegt sie – bedingt durch den endlichen Durchmesser der Spitze – bei einigen Zehntel Nanometern, so daß einzelne Atome "gesehen" werden können (genau gesprochen mißt man ihre elektronische Zustandsdichte), und das vollkommen zerstörungsfrei! Das R. stellt damit eine ganz wesentliche Ergänzung der konventionellen mikroskopischen Verfahren (einschließlich der Elektronenmikroskopie) dar. Allerdings ist es in seiner Anwendung auf leitende Oberflächen beschränkt. Abhilfe brachte hier das Rasterkraftmikroskop.

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