Scanning Tunneling Microscopy

نشر با عنوان "مطالعات سطحی با اسکن تونل سنجی Mi Rl" توسط Binnig، Rohrer، Gerber و Weibel از سخنرانی آزمایشگاه تحقیقاتی IBM در Riischlikon در سال 1982 بلافاصله توجه قابل توجهی را در جامعه علمی سطحی برانگیخت. در مرجع R1 نشان داده شد که تصاویر ساختارهای اتمی سطوح مانند مراحل جداگانه را می توان به سادگی با اسکن سطح با نوک فلزی تیز، که در فاصله ثابت تقریباً 10 A از سطح نمونه نگه داشت، به دست آورد. کنترل فاصله در میکروسکوپ تونل زنی روبشی (STM) توسط یک مدار بازخورد محقق شد، که در آن جریان تونل الکتریکی از طریق مانع پتانسیل بین نوک و نمونه برای تنظیم موقعیت نوک با یک سیستم xyz پیزوالکتریک استفاده می‌شود. یک رویکرد تجربی ذهنی مشابه قبلاً توسط یانگ و همکاران توصیف شده است. برای تعیین l زبری ماکروسکوپی یک سطح. تعدادی از مشکلات تجربی باید توسط گروه IBM حل می شد تا این که این روش میکروسکوپی ساده مفهومی بتواند با وضوح اتمی با موفقیت به کار رود. در مرحله اول، کنترل فاصله و اسکن نوک باید با دقت کافی عمل کند تا به ساختارهای اتمی حساس باشد. ثانیاً، نگهدارنده نمونه و واحد تونل‌سازی باید به گونه‌ای طراحی شوند که ارتعاشات خارجی بر فاصله نوک نمونه تأثیری نداشته باشد و تأثیرات حرارتی یا سایر اثرات رانش در طول اندازه‌گیری یک تصویر به اندازه کافی کوچک شود.

The publication entitled "Surface Studies by Scanning Tunneling Mi­ Rl croscopy" by Binnig, Rohrer, Gerber and Weibel of the IBM Research Lab­ oratory in Riischlikon in 1982 immediately raised considerable interest in the sur­ face science community. It was demonstrated in Reference R1 that images from atomic structures of surfaces like individual steps could be obtained simply by scanning the surface with a sharp metal tip, which was kept in a constant distance of approximately 10 A from the sample surface. The distance control in scanning tunneling microscopy (STM) was realized by a feedback circuit, where the electri­ cal tunneling current through the potential barrier between tip and sample is used for regulating the tip position with a piezoelectric xyz-system. A similar experi­ mental approach has already been described by Young et al. for the determination l of the macroscopic roughness of a surface. A number of experimental difficulties had to be solved by the IBM group until this conceptual simple microscopic method could be applied successfully with atomic resolution. Firstly, distance and scanning control of the tip have to be operated with sufficient precision to be sensitive to atomic structures. Secondly, sample holder and tunneling unit have to be designed in such a way that external vibrations do not influence the sample-tip distance and that thermal or other drift effects become small enough during measurement of one image.