Rastertunnelmikroskopie

Das Prinzip der Rastertunnelmikroskopie beruht auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt, der eine endliche Tunnelwahrscheinlichkeit für Elektronen durch Potentialbarrieren vorhersagt. Im STM wird eine feine Meßsonde, die im Idealfall nur ein Atom an der Spitze besitzt, mit Hilfe von Piezoelementen bis auf ca. 0.5 nm an die zu untersuchende Probe angenähert. Zwischen der Probe und der Spitze wird eine elektrische Spannung, die sogenannte Vorspannung angelegt. Der Abstand der Spitze zur Probenoberfläche entspricht dabei dem Potentialwall, den die austretenden Elektronen überwinden müssen. Der sich aufgrund des Tunneleffektes einstellende Strom – der Tunnelstrom – hängt in exponentieller Weise von der Entfernung der Spitze zur Probe ab.

Die senkrecht zur Oberfläche erreichbare Auflösung liegt im STM bei einigen Picometern. Die laterale Auflösung kann Werte bis zu 1 Angström bzw. atomare Abmessungen erreichen.