Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

4.4 Spitzensteuerung
spannung U gegeben. Die Größe U ∂z
∂U gibt ein Maß der relativen Zustandsdichte ρT (U)
der Probe an.
Ein Vorteil dieser Messmethode liegt darin, dass der normalerweise durch die Dynamik des
Tunnelstroms begrenzt zur Verfügung stehende Spannungs- bzw. Energiebereich deutlich
erhöht werden kann.
4.4 Spitzensteuerung
Nachdem nun die allgemeinen Arbeitsweisen des RTMs behandelt wurden, soll der kom-
mende Abschnitt die Funktionsweise des eigentlichen Herzstückes des Rastertunnelmikro-
skops, des Piezokristalls, mit dem die Spitze gesteuert wird, erklärt werden.
Das Wort piezo geht auf griechisch piedein (zu Deutsch ‘drücken’, ‘auf Druck beruhend’)
zurück [Hes09, Seite 193f.]. Bei Einwirkung einer mechanischen Kraft auf bestimmte Mate-
rialien, wie beispielsweise Quarz, Turmalin oder Bariumtitanat, „entsteht eine elektrische
Ladung unterschiedlicher Polarität an bestimmten gegenüberliegenden Flächen“ [Hes09,
Seite 193]. Erstmals wurde dieser Effekt 1880 von den Gebrüdern Pierre und Jaques
Curie an Quarzkristallen (SiO2) entdeckt [Che08, Seite 245].
Abb. 4.20: Piezokristall mit Kristallachsen nach [Hes09, Seite 194] (a) Rechtsquarz;
(b) Linksquarz
Der Piezoeffekt tritt nur bei nicht-zentrosymmetrischen Kristallen auf [Spr04]. Dies sind
Kristalle, die in mindestens einer Ebene nicht spiegelsymmetrisch sind. Abbildung 4.20
zeigt beispielsweise die beiden Formen des Quarzkristalls. Dabei zeigt dieser in Richtung
der optischen Achse z keine elektrischen Eigenschaften bei Ausübung mechanischer Kräfte
entlang dieser Richtung. Dies ist genau die Senkrechte auf einer im Kristall vorhandenen
Symmetrieebene. Hier werden bei einer Spiegelung an der Symmetrieebene alle mechani-
schen Größen ineinander übergeführt. Die elektrischen Eigenschaften ändern jedoch ihr
67