Geschichte & Kultur

Geschichte des Rastertunnelmikroskops

Das Rastertunnelmikroskop oder STM wird sowohl in der industriellen als auch in der Grundlagenforschung häufig verwendet, um Bilder von Metalloberflächen im atomaren Maßstab zu erhalten. Es liefert ein dreidimensionales Profil der Oberfläche und liefert nützliche Informationen zur Charakterisierung der Oberflächenrauheit, zur Beobachtung von Oberflächendefekten und zur Bestimmung der Größe und Konformation von Molekülen und Aggregaten.

Gerd Binnig und Rohrer Heinrich sind die Erfinder des Rastertunnelmikroskops (STM). Das 1981 erfundene Gerät lieferte die ersten Bilder einzelner Atome auf Materialoberflächen.

 

Gerd Binning und Heinrich Rohrer

Binnig erhielt 1986 zusammen mit seinem Kollegen Rohrer den Nobelpreis für Physik für seine Arbeit in der Rastertunnelmikroskopie. Dr. Binnig wurde 1947 in Frankfurt geboren. Er besuchte die JW Goethe-Universität in Frankfurt und erhielt 1973 einen Bachelor-Abschluss sowie 1978 fünf Jahre später eine Promotion.

Im selben Jahr trat er einer Physikforschungsgruppe am IBM Zurich Research Laboratory bei. Dr. Binnig wurde von 1985 bis 1986 in das IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien, versetzt und war von 1987 bis 1988 Gastprofessor an der nahe gelegenen Stanford University. Er wurde 1987 zum IBM Fellow ernannt und ist weiterhin wissenschaftlicher Mitarbeiter am IBM Zürich Forschungslabor.

Der 1933 in Buchs in der Schweiz geborene Dr. Rohrer wurde an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich ausgebildet, wo er 1955 seinen Bachelor und 1960 promovierte. Nach seiner Promotion an der Eidgenössischen Hochschule und Rutgers Dr. Rohrer, Universität in den USA, trat dem neu gegründeten Zurich Research Laboratory von IBM bei, um unter anderem Kondo-Materialien und Antiferromagnete zu untersuchen. Dann wandte er sich der Rastertunnelmikroskopie zu. Dr. Rohrer wurde 1986 zum IBM Fellow ernannt und war von 1986 bis 1988 Leiter der Abteilung Physikalische Wissenschaften am Zürcher Forschungslabor. Er zog sich im Juli 1997 von IBM zurück und verstarb am 16. Mai 2013.

Binnig und Rohrer wurden für die Entwicklung der leistungsstarken Mikroskopietechnik ausgezeichnet, die ein Bild einzelner Atome auf einer Metall- oder Halbleiteroberfläche erzeugt, indem die Nadelspitze in einer Höhe von nur wenigen Atomdurchmessern über die Oberfläche gescannt wird. Sie teilten die Auszeichnung mit dem deutschen Wissenschaftler Ernst Ruska, dem Designer des ersten Elektronenmikroskops. Mehrere Scanmikroskopie verwenden die für das STM entwickelte Scan-Technologie.

 

Russell Young und der Topografiner

Ein ähnliches Mikroskop namens Topografiner wurde von Russell Young und seinen Kollegen zwischen 1965 und 1971 im National Bureau of Standards erfunden, das derzeit als National Institute of Standards and Technology bekannt ist. Dieses Mikroskop arbeitet nach dem Prinzip, dass der linke und der rechte Piezo-Treiber die Spitze über und leicht über der Probenoberfläche abtasten. Der mittlere Piezo wird von einem Servosystem gesteuert, um eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten, was zu einer gleichmäßigen vertikalen Trennung zwischen der Spitze und der Oberfläche führt. Ein Elektronenvervielfacher erfasst den winzigen Teil des Tunnelstroms, der von der Probenoberfläche gestreut wird.

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