Introduction au microscope à effet tunnel (STM)
Le microscope à effet tunnel (STM) est un instrument utilisé pour l’imagerie des surfaces au niveau atomique. C’est un type de microscope qui peut être utilisé pour étudier l’arrangement des atomes sur la surface d’un matériau. Le STM fonctionne en balayant une pointe de sonde très fine sur la surface d’un échantillon et en mesurant le courant électrique qui circule entre la pointe et l’échantillon.
Le STM est basé sur le phénomène d’effet tunnel, un effet de mécanique quantique qui se produit lorsque des électrons sont capables de traverser une barrière trop élevée pour être franchie de manière classique. Dans ce cas, la barrière est l’espace entre la pointe de la sonde et l’échantillon. Le courant par effet tunnel est proportionnel à la densité d’états locale à la surface de l’échantillon, ce qui permet au STM d’obtenir une image de la surface avec une résolution atomique.
Le STM a une large gamme d’applications, y compris l’imagerie et la manipulation d’atomes et de molécules individuels, l’étude de la chimie et de la physique des surfaces, et le développement de nouveaux matériaux. Il est également utilisé dans la fabrication de nanostructures et de nanodispositifs.
Le STM présente plusieurs avantages par rapport aux autres techniques de microscopie, notamment sa haute résolution, sa capacité à visualiser des surfaces non conductrices et sa capacité à visualiser des surfaces sous ultravide. Elle est également très polyvalente, car elle peut être utilisée pour étudier une large gamme de matériaux, des surfaces simples aux systèmes biologiques complexes.
Le principal inconvénient du STM est sa vitesse relativement lente, qui limite son utilisation pour les processus dynamiques. De plus, le STM n’est capable d’imager des surfaces que sous ultravide, ce qui peut être difficile à réaliser pour certains matériaux et applications.
Le STM a été inventé en 1981 par Gerd Binnig et Heinrich Rohrer chez IBM Zurich. L’invention du STM a été la première étape du développement de la nanotechnologie et a valu à Binnig et Rohrer le prix Nobel de physique en 1986.
Le STM est largement utilisé dans la recherche, car il permet aux scientifiques d’étudier la structure et les propriétés des matériaux à l’échelle atomique. Il a été utilisé pour étudier la structure de l’ADN, les réactions chimiques des enzymes et le transport des électrons dans le graphène et d’autres matériaux.
Le STM est également utilisé dans l’industrie, car il peut être utilisé pour fabriquer et assembler des dispositifs à l’échelle nanométrique. En outre, il peut être utilisé pour mesurer les propriétés des matériaux dans l’ultravide.
Le microscope à effet tunnel (STM) est un instrument puissant qui a révolutionné l’étude des matériaux à l’échelle atomique. Il est utilisé dans la recherche et l’industrie, et peut être utilisé pour imager et manipuler des atomes et des molécules individuels.
Le courant par effet tunnel en STM est proportionnel au nombre d’électrons qui peuvent traverser la barrière par effet tunnel. La barrière est créée par la différence de potentiel entre la pointe du STM et l’échantillon. Plus la différence de potentiel est grande, plus le courant par effet tunnel est important.
Le courant par effet tunnel est le courant qui traverse une barrière entre deux conducteurs lorsqu’une tension est appliquée à travers la barrière. Le courant de tunnel est donné par la formule suivante :
I = I_0 * exp(- alpha * V),
où I_0 est la densité de courant par effet tunnel, alpha est le coefficient d’effet tunnel et V est la tension appliquée.
La résolution d’un microscope à effet tunnel (STM) est la plus petite distance entre deux points qui peut être distinguée par le microscope. Le STM fonctionne en balayant une pointe pointue sur une surface et en mesurant le courant par effet tunnel entre la pointe et la surface. La résolution est limitée par la taille de la pointe et le bruit de la mesure du courant par effet tunnel.
La microscopie électronique à balayage (MEB) et la microscopie à force atomique (AFM ou STM) sont deux techniques expérimentales utilisées pour obtenir des images à haute résolution de la surface d’un matériau. Dans le MEB, un faisceau d’électrons focalisé est balayé sur la surface de l’échantillon, et les électrons qui en résultent sont détectés pour créer une image. Dans le cas de l’AFM/STM, un cantilever à pointe acérée est balayé sur la surface de l’échantillon et les forces résultantes sont détectées pour créer une image.
Le microscope à effet tunnel est un type de microscope qui utilise une aiguille très fine pour balayer la surface d’un matériau. L’aiguille est reliée à un ordinateur qui enregistre les données. Ces données sont ensuite utilisées pour créer une image tridimensionnelle de la surface.