skanningstunnelmikroskopet (STM) används ofta i både industriell och grundläggande forskning för att erhålla atomskala bilder av metallytor. Det ger en tredimensionell profil av ytan som är mycket användbar för att karakterisera ytjämnhet, observera ytdefekter och bestämma storleken och konformationen av molekyler och aggregat på ytan. Exempel på avancerad forskning med hjälp av STM tillhandahålls av aktuella studier i Elektronfysikgruppen vid NIST och vid IBM-laboratorierna. Flera andra nyligen utvecklade skanningsmikroskopier använder också skanningstekniken som utvecklats för STM.

elektronmolnet associerat med metallatomer på en yta sträcker sig ett mycket litet avstånd över ytan. När en mycket skarp spets-i praktiken en nål som har behandlats så att en enda atom projicerar från dess ände-bringas tillräckligt nära en sådan yta, finns det en stark växelverkan mellan elektronmolnet på ytan och spetsatomens yta, och en elektrisk tunnelström strömmar när en liten spänning appliceras. Vid en separation av några atomdiametrar ökar tunnelströmmen snabbt när avståndet mellan spetsen och ytan minskar. Denna snabba förändring av tunnelströmmen med avstånd resulterar i atomupplösning om spetsen skannas över ytan för att producera en bild.Russell D. Young, från National Bureau of Standards, var den första personen som kombinerade upptäckten av denna tunnelström med en skanningsanordning för att få information om metallytornas natur. Instrumentet som han utvecklade mellan 1965 och 1971, Topografiner, förändrade separationen mellan spetsen och ytan (z) så att vid konstant spänning förblev tunnelströmmen (eller vid konstant ström, tunnelspänningen) konstant när spetsen skannades över ytan. X -, y-och z-koordinaterna för spetsen registrerades. (För detaljer om Topografins design och funktion, se referenserna i bibliografin.) Samma princip användes senare i skanningstunnelmikroskopet. Den återstående barriären för utvecklingen av det instrumentet var behovet av mer adekvat vibrationsisolering för att möjliggöra stabil positionering av spetsen ovanför ytan. Detta svåra problem i mekanisk design överträffades genom arbetet av Gerd Binnig och Heinrich Rohrer, IBM Research Laboratory, Zurich, Schweiz, som 1986 delade i Nobelpriset i fysik för deras upptäckt av atomupplösning i skanningstunnelmikroskopi. I sitt tillkännagivande av priset erkände Kungliga Vetenskapsakademien Russell Youngs banbrytande studier.

bibliografi

Rd Young, Rev. Sci. Instrum. 37, 275 (1966). Rd Ung, Fysik Idag 24, 42 (Nov. 1971). R. Young, J. Ward och F. Scire, Phys. Rev. Lett. 27, 922 (1971). R. Young, J. Ward och F. Scire, Rev. Sci. Instrum. 43, 999 (1972).