Rastertunnelmikroskop
Das Rastertunnelmikroskop oder Rastertunnelelektronenmikroskop (abgekürzt RTM, oder STM von englisch scanning tunnelling microscope) ist ein Mikroskop, welches in der Oberflächenphysik eingesetzt wird, und ein Objekt durch 'Abtasten' abbildet.
Bei diesem indirekten Abbildungsverfahren wird eine elektrisch leitende Spitze systematisch (in einem Raster) über das Untersuchungsobjekt gefahren. Sowohl Nadel als auch Objekt sind von Elektronenwolken umgeben. Der Abstand zwischen dem Objekt und der Spitze wird nun so gering gehalten, dass die Elektronen zwischen der Spitze und der Nadel ausgetauscht werden (Quantenmechanischer Tunneleffekt). Dies geschieht üblicherweise bei einer Entfernung von unter 1nm. Wird nun eine elektrischen Spannung, in der Fachwelt auch Bias genannt, zwischen dem Untersuchungsobjekt und der Spitze angelegt, so kann ein Strom, der so genannte Tunnelstrom fließen. Die Stärke dieses Stroms hängt sehr stark vom Abstand der Nadel zum Objekt ab. Für jeden Rasterpunkt lässt sich so der Abstand der Nadel zum Objekt rekonstruieren, wodurch ein dreidimensionales Bild des Objektes hergestellt werden kann. Dieses Verfahren wird als constant-height Verfahren bezeichnet, da die absolute Höhe der Spitze nicht verändert wird. Eine andere Methode der Abbildung ist es, die Höhe der Spitze so zu verändern, dass der Strom konstant bleibt. Ist der Strom konstant, so ist auch der Abstand konstant. Somit lässt nun über die Position der Spitze das dreidimensionales Bild der Oberfläche rekonstruieren. Die Auflösung ist bei diesem Verfahren so hoch, dass die atomare Struktur der Oberfläche sichtbar wird.
Eine weitere Anwendung des Rastertunnelmikroskops ist die gezielte Veränderung eines Objektes. Hierbei wird die Nadel an die gewünschte Stelle des Objektes gebracht. Anlegen einer (im Vergleich zur Abbildungsrasterung) kann nun Atome aus der Oberfläche lösen, und an die Spitze kleben. Wird die Spitze verfahren so zieht sie das Atom mit. An der neuen Position kann es anschließend durch ein sehr kurzes Anlagen einer hohen Spannung wieder abgelegt werden.
Erfunden wurde diese Messmethode 1982 durch die beiden Physiker Gerd Binnig und Heinrich Rohrer, welche hierfür schon 1986 den Nobelpreis in Physik erhielten.