กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์

กล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดทะลุผ่าน (; STM) คือเครื่องมือสำหรับการจับภาพพื้นผิวในระดับของอะตอม คิดค้นขึ้นโดย Gerd Binnig และ Heinrich Rohrer (จากไอบีเอ็ม ซูริก) ในปี ค.ศ. 1981 และทำให้ทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1986 สำหรับ STM เครื่องหนึ่ง ค่าความละเอียดที่ดีควรอยู่ที่ 0.1 นาโนเมตรในแนวขวาง และ 0.01 นาโนเมตรในแนวลึก ด้วยค่าความละเอียดขนาดนี้ อะตอมแต่ละหน่วยในสสารจะมีการหมุนเวียนและจับภาพไว้ได้ เราสามารถใช้ STM ได้ไม่เพียงในที่สุญญากาศยิ่งยวด แต่ยังใช้ได้ในอากาศ ในน้ำ และของเหลวอื่นๆ หรือในก๊าซ และที่ระดับอุณหภูมิแตกต่างกันได้ตั้งแต่เกือบศูนย์เคลวินไปจนถึงหลายร้อยองศาเซลเซียส

เครื่อง STM มีพื้นฐานบนหลักการของการทะลุผ่านทางควอนตัม (quantum tunnelling) เมื่อนำปลายตัวนำไปใกล้กับพื้นผิวที่ต้องการตรวจสอบ จะเกิดไบแอส (โวลท์ที่ต่างกัน) ระหว่างพื้นผิวทั้งสองและทำให้อิเล็กตรอนสามารถลอดผ่านสุญญากาศระหว่างทั้งสองได้ "กระแสทะลุผ่าน" ที่เกิดขึ้นคือฟังก์ชันระหว่างตำแหน่งของปลายตัวนำ โวลท์ที่ใช้ และความหนาแน่นภายในของสถานะ (local density of states; LDOS) ของสารตัวอย่างนั้น การเก็บข้อมูลทำโดยการจับค่ากระแสขณะที่ปลายตัวนำเคลื่อนที่กราดไปทั่วพื้นผิว และมักแสดงผลในรูปของภาพ การใช้งาน STM เป็นเทคนิคอันท้าทาย เพราะต้องใช้พื้นผิวที่สะอาดและเสถียรอย่างยิ่ง ปลายตัวนำที่แหลม การควบคุมการสั่นอย่างเยี่ยมยอด และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อันสลับซับซ้อน

อ้างอิง

หนังสืออ่านเพิ่มเติม 
 Tersoff, J.: Hamann, D. R.: Theory of the scanning tunneling microscope, Physical Review B 31, 1985, p. 805 - 813.
 Bardeen, J.: Tunnelling from a many-particle point of view, Physical Review Letters 6 (2), 1961, p. 57-59.
 Chen, C. J.: Origin of Atomic Resolution on Metal Surfaces in Scanning Tunneling Microscopy, Physical Review Letters 65 (4), 1990, p. 448-451
 G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 50, 120 - 123 (1983)
 G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57 - 61 (1982)
 G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Appl. Phys. Lett., Vol. 40, Issue 2, pp. 178-180 (1982)
 R. V. Lapshin, Feature-oriented scanning methodology for probe microscopy and nanotechnology, Nanotechnology, volume 15, issue 9, pages 1135-1151, 2004
 D. Fujita and K. Sagisaka, Topical review: Active nanocharacterization of nanofunctional materials by scanning tunneling microscopy Sci. Technol. Adv. Mater. 9, 013003(9pp) (2008) (free download).
 
 Theory of STM and Related Scanning Probe Methods. Springer Series in Surface Sciences, Band 3. Springer, Berlin 1998

แหล่งข้อมูลอื่น 

 A microscope is filming a microscope  (Mpeg, AVI movies)
 Zooming into the NanoWorld (Animation with measured STM images)
 NobelPrize.org website about STM, including an interactive STM simulator.
 SPM - Scanning Probe Microscopy Website 
 STM Image Gallery at IBM Almaden Research Center
 STM Gallery at Vienna University of technology
 Build a simple STM with a cost of materials less than $100.00 excluding oscilloscope
 Nanotimes Simulation engine of scanning tunneling microscope 
 Structure and Dynamics of Organic Nanostructures discovered by STM
 Metal organic coordination networks of oligopyridines and Cu on graphite investigated by STM
 Surface Alloys discovered by STM 
 Animated illustration of tunneling and STM
 60 second movie clip with an introduction to Scanning Tunneling Microscopy(STM)

กล้องจุลทรรศน์