Skaningowa Mikroskopia Tunelowa (STM, ang. Scanning Tunneling Microscopy) wykorzystywana jest do obrazowania topografii powierzchni próbek stałych. Pozwala ona na powiększenia osiągające rozdzielczość atomową. STM ma zastosowanie do powierzchni przewodzących, badania mogą być wykonywane zarówno dla próbek w powietrzu (ex situ) oraz zanurzonych w roztworach (in situ).
 |
 Zestaw mikroskopowy - Nanoskop IIIa |
Obraz powierzchni konstruowany jest w wyniku kontrolowanego przesuwania sondy, tzw. tipa (cienki drut zaostrzony na końcu; promień krzywizny końcówki od kilku do kilkudziesięciu nanometrów) przy zachowaniu stałej odległości od powierzchni. Ruch tipa skanującego powierzchnię linia po linii odtwarza więc topografię powierzchni, a zebrane dane prezentowane są w postaci rysunku na ekranie monitora. Do utrzymania stałej odległości pomiędzy tipem a próbką wykorzystywane jest zjawisko tunelowania. Jeżeli pomiędzy tipem i próbką przyłożona jest różnica potencjałów elektrycznych, a końcówka tipa zbliży się do powierzchni na odległość rzędu kilku angstremów, zaczyna pomiędzy nimi przepływać prąd tunelowania (jest to zjawisko kwantowe, które obserwuje się tylko w mikroskali). Natężenie prądu tunelowania zależy eksponencjalnie od odległości, dlatego też ruch tipa ponad powierzchnią obywa się w ten sposób, aby zachowana była stała wartość prądu.
Zasada działania STM.
Inną pokrewną techniką jest Mikroskopia Sił Atomowych (AFM, ang. Atomie Force Microscopy). Pozwala ona również uzyskiwać rozdzielczość atomową, a jej zaletą jest to, ze może być stosowana na wszelkiego rodzaju powierzchniach stałych, zarówno przewodzących jak i nieprzewodzących. Istnieje wiele odmian AFM-u, z których najczęściej wykorzystywane są tzw. Contact Mode AFM oraz Tapping Mode AFM.
W Contact Mode AFM obraz uzyskiwany jest w wyniku skanowania powierzchni próbki tzw. dźwignią (ang. cantilever). Dźwignia opuszczana jest na powierzchnię próbki, aż do momentu, w którym ulegnie ona ugięciu. Jest ona następnie przesuwana wzdłuż powierzchni tak, aby zachować stałe ugięcie. Ruch dzwigni przetwarzany jest następnie (podobnie jak w STM) na obraz.
Mikroskop AFM - podstawa mikroskopu ze skanerem głowicą
W Tapping Mode AFM dźwignia nie jest przesuwana bezpośrednio po powierzchni, ale jest wprowadzona w oscylacje. Amplituda drgań zależy od odległości pomiędzy dźwignią a próbką. Dźwignia przesuwana jest więc wzdłuż powierzchni w taki sposób, aby zachowana była stała amplituda drgań. Zaletą Tapping Mode AMF jest to, że dźwignia nie jest w stałym kontakcie z badaną powierzchnią („uderza” jedynie w powierzchnię zgodnie z częstością drgań dźwigni), co zapobiega „rysowaniu” powierzchni. Technika znajduje więc zastosowanie w badaniach próbek miękkich, np. organelli komórkowych.
W naszej Pracowni wykorzystywane są mikroskopy STM/AFM firmy Digital Instruments (obecnie Bruker) model DI Nanoscope IIIa, oraz STM/AFM Nanoscope V firmy Bruker z zestawem pozwalającym na pomiary elektrochemiczne, a także pomiary z kontrolą temperatury (15-60 C). Znajdują on zastosowanie do otrzymywania powiększeń nanostruktur metalicznych i organicznych, warstw polimerowych, membran poliwęglanowych, śledzenia fuzji liposomów itp.
Zestaw mikroskopowy - Nanoskop V
