Принцип работы туннельного микроскопа

Сканирующие туннельные микроскопы — сложнейшая техника, предназначенная для того, чтобы рассматривать мельчайшие частицы разных веществ — молекулы и атомы. Первый СТМ был создан не так давно, всего лишь 30 лет назад. Его создатель — лаборатория IBM, находящаяся в г. Цюрих (Швейцария).

Поскольку такие инструменты обладают высочайшим разрешением, с их помощью учёные могут рассмотреть даже атомы водорода! Более того, можно деталь изучать структуру разных атомов и даже перемещать их.

Как работает такой микроскоп?

Туннельный микроскоп

В основе его работы лежит квантовое туннелирование. Это сложное явление, относящееся к области квантовой физики. Волновой феномен, соответствующий электрону, обеспечивает его возможное обнаружение в том или ином месте. При этом, электрон будет обладать неизвестным количеством энергии.

Согласно принципу неопределённости, установленному физиком Гейзенбергом, точное положение электрона просчитать невозможно. «Поймать» мельчайшую частицу реально в том случае, если она расположена в месте, где находится так называемый «потенциальный барьер». При использовании туннельного микроскопа в его роли выступает пространство между окончанием зонда и исследуемой поверхностью.

Итак, электрон теоретически может попасть на другую сторону потенциального барьера, а именно — на образец, который исследует учёный. Проще говоря, соприкасаясь с барьером, частица не «отскакивает» от него подобно мячику, а проходит через «стенку», словно через туннель, и продолжает своё движение дальше.

Благодаря такому интересному физическому явлению у человечества появляется прекрасная возможность изучать не только структуры мельчайших частиц разных объектов, но и их химический состав.

Как происходит само наблюдение?

Уже упоминалось о маленьком зонде сканирующего микроскопа. Он имеет форму тоненькой иголки и находится под электрическим напряжением. На её конце может поместиться всего пара-тройка атомов. Для того чтобы электроны туннелировали на поверхность изучаемых образцов, расстояние между зондом и поверхностью должно составлять от 0,4 до 07 нанометров.

Сила тока электронов напрямую зависит от того, под каким напряжением находится зонд, а также от плотности частиц и их текущего физического состояния. Важен и выбор корректного расстояния между зондом и исследуемой поверхностью.

Благодаря феномену туннелирования данные, полученные в результате наблюдений, помогают определить и электронную структуру исследуемых объектов.

 

В ассортименте нашего магазине нет туннельных микроскопов, но у нас Вы сможете купить микроскоп для различных целей и на любой бюджет!

93