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Mikroskopie: Rasterkraftmikroskop erkennt chemische Identität einzelner Atome

Mit Hilfe einer ausgeklügelten Kalibrierungstechnik ist es einem internationalen Forscherteam gelungen, per Rasterkraftmikroskop nicht nur die Position einzelner Atome aufzuzeichnen, sondern auch das jeweilige Element herauszufinden. Bislang ließen sich mit dieser Mikroskoptechnik nur die Oberflächenstrukturen einer Probe untersuchen sowie einzelne Atome manipulieren.

Rasterkraftmikroskop | Die bewegliche Messspitze eines Rasterkraftmikroskops wechselwirkt mit den Atomen der Oberfläche, über die sie im Nanometerabstand dahingleitet.
Oscar Custance von der Universität Osaka und seine Kollegen arbeiteten mit einem Silizium-Untergrund, auf dessen Oberfläche Zinn- und Blei-Atome adsorbiert waren. Sie stellten fest, dass ihre Messungen stark von der Qualität der verwendeten Messspitze und dem Abstand zum jeweilige Atom abhing und sich von Experiment zu Experiment unterschieden – es gab also keinen eindeutigen, absoluten Messwert pro Element. Sie beobachteten aber, dass die jeweils stärksten Kräfte stets zwischen Silizium-Atomen und der Messspitze auftraten.

Anordnung der Atome | Mit ihrer Methode konnten die Forscher die Anordnung von Silizium- (rot), Zinn- (blau) und Blei-Atomen (grün) auf ihrer Probe feststellen.
Daraufhin wiederholten die Wissenschaftler ihre Messungen mehrfach, um letztlich Eichkurven zu erhalten, in denen sie die Messwerte in Abhängigkeit von der Distanz auftrugen. Indem sie nun die Maximalwerte jedes Elementes heranzogen und durch die Maxima von Silizium teilten, erhielten sie eine relative Vergleichsskala, die unabhängig war von äußeren Einflüssen.

Bei einem Rasterkraftmikroskop (RKM) gleitet eine feine, an einer biegsamen Blattfeder aufgehängte und vibrierende Messspitze im Nanometerbereich über eine Oberfläche. Verschiedene anziehende wie abstoßende Kräfte zwischen den Atomen setzen die Spitze in Bewegung und offenbaren so die Topografie der Probenoberfläche. Anders als das Rastertunnelmikroskop ist ein RKM nicht auf leitende Oberflächen beschränkt. (af)

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