tunnelmikroskop

Når to ledende materialer føres mot hverandre, kan det normalt ikke overføres elektroner mellom dem. Årsaken er at det er en energibarriere som elektronene ikke kan passere. Hvis avstanden blir tilstrekkelig liten, om lag én nanometer, kan elektronene passere gjennom denne barrieren. Dette kalles tunneleffekt og er et rent kvantefysisk fenomen.

I tunnelmikroskopet utgjør den prøven som skal undersøkes den ene elektroden. Den andre elektroden er gjerne en wolframtråd som har en meget tynn («atomær») spiss (tykkelse svarende til én til to metallatomer). Potensialforskjellen mellom nålen og overflaten er noen volt, og strømmen avtar eksponentielt med avstanden. Spissen kan beveges meget presist ved å benytte spenningen på tre piezoelektriske stenger. For eksempel kan en typisk spenning på 0,1 volt gi en bevegelse på 0,1 nanometer. Tunnelstrømmen holdes konstant ved et elektronisk tilbakekoblingssystem som kontrollerer spissens stilling i vertikalplanet.

I sveiptunnelmikroskopet beveges spissen sidelengs og man får avbilding av overflaten med atomær oppløsning. Det er høydeavlesningen som gir en topografisk avbilding av overflaten, og dette kobler man gjerne sammen med spektroskopisk informasjon til et kjemisk–geometrisk bilde av overflaten. Avstandsforandringer på en atomdiameter gjør at tunnelstrømmen kan variere med en faktor 1000. En avstand på 10 cm kan på et bilde svare til en avstand på 1 nanometer på overflaten, det vil si en forstørrelse på 100 millioner.

Tunnelmikroskopet ble oppfunnet i 1978 av Gerd Binnig og Heinrich Rohrer ved IBM-laboratoriet i Zürich. For denne oppfinnelsen ble de tildelt Nobelprisen i fysikk for 1986.

• mikroskop
• elektronmikroskop