Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

Allgemeines zum Rastertunnelmikroskop
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Der folgende Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Rastertunnelmikroskop. Moti-
vation hierfür war, nach Möglichkeiten zu suchen, Nanostrukturen sichtbar zu machen.
Da dies in der Schule meist nur theoretisch umsetzbar ist, wurde auf das am Lehrstuhl
vorhandene, selbst gebaute Rastertunnelmikroskop zurückgegriffen. Hierfür wurden einige
Komponenten modifiziert, um den Schülern einen Zugang zu diesem zu ermöglichen. Zu
diesem Zweck wurde es als Resultat dieser Arbeit beispielsweise in das Schülerlabor von
Christoph Lembach zum Thema Quantenphysik integriert.
Das folgende Kapitel soll eine thematische Einführung in das Thema Rastertunnelmikro-
skop bieten. Hierbei soll einerseits die historische Entwicklung des Rastertunnelmikroskops
dargestellt, andererseits auch die physikalischen Hintergründe erläutert werden.
„Die Oberfläche hat der Teufel erfunden“.
Diese Behauptung stammt vom berühmten Physiker Wolfgang Pauli [Bin81], der ele-
mentare Unterschiede zwischen Atomen, die sich in einem Festkörper und solchen, die sich
an der Oberfläche eines Festkörpers befinden, festgestellt hat. Letztere können nur mit
anderen Oberflächenatomen und Atomen, die gerade unter der Oberfläche liegen, wechsel-
wirken. Um einen energetisch günstigeren Zustand anzunehmen, können sich beispielsweise
die Atome auf der Oberfläche völlig anders anordnen als Atome im Inneren des Festkör-
pers.
Erst mit dem Rastertunnelmikroskop ist es jedoch möglich geworden, Oberflächenstruktu-
ren sichtbar zu machen. Man kann damit Merkmale auflösen, die nur 1/100 eines Atom-
durchmessers betragen. Dies macht man sich heutzutage in der Chemie, Physik und Bio-
logie zu Nutze.
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