RTM – Rastertunnelmikroskopie
Rastertunnelmikroskope (RTM) bilden die Topografie von elektronisch leitenden Oberflächen ab, indem eine sehr scharfe Metallspitze so lange der Oberfläche angenähert wird, bis ein Tunnelstrom fließt. Die Spitze ist mit einem in alle Raumrichtungen auslenkbaren Scanner verbunden. Das Rastern der Spitze über die Oberfläche wird durch Piezo-Kristalle, welche sich durch elektrische Spannungen strecken oder stauchen, erreicht. Die angelegten Spannungen werden von einer Regeleinheit durch „feedback-loops“ gesteuert. Der Aufbau ist in Abbildung 1 gezeigt. Da die Messungen sehr empfindlich gegen Vibrationen und elektrische Felder sind, steht das Mikroskop auf einer Dämpfungseinheit und wird mit einer Metallglocke verschlossen.
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| Abbildung 1: Aufbau des Rastersondenmikroskops "Bruker Nanoscope 8". |
Die Auflösung von RTMs reicht bis in den subatomaren Bereich. Aus den erhaltenen 3D-Informationen über die Topographie können Rückschlüsse auf die Anordnungen von Atomen und Molekülen auf der Oberfläche getroffen werden. So ist in Abbildung 2 die hexagonale Struktur von hoch orientiertem pyrolytischen Graphit (HOPG) sichtbar.
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| Abbildung 2: Messung eines HOPG-Substrats mit atomarer Auflösung. |
Der Grund für die enorme Auflösung von RTMs liegt in der exponentiellen Abstandsabhängigkeit des Tunnelstroms. Die Richtung des Tunnelstroms U kann durch ein angelegtes Potential verändert werden. Schon kleine Änderungen Δd im Abstand Spitze-Substrat bewirken eine große Änderung des Tunnelstroms I: I ∝ U·exp(-Φk·d), wobei Φ die Austrittsarbeit und k eine Konstante ist. Aufgrund der exponentiellen Abhängigkeit des Tunnelstroms trägt fast ausschließlich das äußerste Atom zum Tunnelstrom bei und die erhaltenen Bilder sind „atomar scharf“.
Ansprechpartner: Adrian Wiesner