Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

A.2 Handout für das Ferienseminar
Dieses Prinzip nutzt man nun beim Rastertunnelmikroskop. Ein Elektron kann sehr leicht bis zur Messspitze
gelangen, da diese aus leitfähigem Material besteht. Der anschließende Luftspalt zwischen Spitze und Probe stellt
die Potentialbarriere, den „klassisch nicht überwindbaren Berg“ dar. In diesem Bereich klingt die Wellenfunktion
exponentiell ab, doch sie bleibt trotz dieser Barriere in jedoch geringerer Amplitude erhalten. Es fließt ein
messbarer Strom, der sog. Tunnelstrom.
1.3.3 Der Piezokristall
Beim Betrieb eines Rastertunnelmikroskop wird die Oberfläche der zu untersuchenden Probe schrittweise abgerastert.
Dies bedeutet, dass eine Spitze über die Oberfläche fährt und den Tunnelstrom misst. Gesteuert wird
die Spitze des Rastertunnelmikroskops mit einem Piezokristall. Dies ist ein Kristall, der seine Größe in Abhängigkeit
von der angelegten Spannung variiert. Legt man von außen eine Spannung an, so werden die einzelnen
Atome im Kristallgitter jeweils unterschiedlich angezogen, der Kristall bewegt sich.
Somit kann man auch die Spitze des Tunnelmikroskops steuern:
1.4 Arbeitsweise
Man unterscheidet zwei verschiedene Betriebsarten:
• constant height mode: Bei dieser Betriebsart wird die Spitze mit konstanter Höhe über die Probe gefahren
und der Tunnelstrom gemessen, der exponentiell von der Entfernung der Spitze zur Probe abhängt.
• constant current mode: Hier wird der Tunnelstrom immer konstant gehalten und die Höhe der Spitze
mit Hilfe des Piezokristalls simultan nachreguliert.
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