Ma.st.be 03 - Physikalisch

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Fotos: Hans-Ulrich Danzebring
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„Sehr verehrtes Publikum, hier kommt ein weiterer Höhepunkt des Programms. Er stammt aus einer sehr berühmten Familie. Und er kann etwas,
was seine Brüder nicht können. Erleben Sie den Star, der seinen Spot selbst
mitbringt. Hier kommt SNOM.“
Ungewöhnlicher Name? Nein, nicht in dieser Familie. Seine Brüder heißen
STM und AFM und sind weltweite Top-Stars. Fangen wir mit dem Ältesten
an, mit STM. Das Kürzel steht für „Scanning Tunneling Microscope“ oder
Rastertunnelmikroskop. Eine geniale Entwicklung von Gerd Binnig und
Heinrich Rohrer, für die die beiden 1986 den Physik-Nobelpreis bekamen:
ein Mikroskop, das die Oberflächen abrastert, also Punkt für Punkt abfährt.
Nur wenige Nanometer (millionstel Millimeter) über einem elektrisch leitenden Material bewegt sich eine ultradünne Spitze hin und her. Sie fängt
Elektronen ein, die den Zwischenraum „durchtunneln“, wenn an die Probe
eine elektrische Spannung angelegt wurde. Das gemessene Signal ändert
seine Stärke mit der Entfernung zwischen Nadel und Oberfläche. Auf dem
Computerbildschirm entsteht danach ein Bild der Oberfläche – sogar von
einzelnen Atomen.
Fotos auf der linken Seite:
Rotes Laserlicht wird von der feinen
Spitze einer Nahfeldsonde abgestrahlt.
Das „Herz“ des optischen Nahfeldmikroskops ist in diesem Fall eine
Diamantspitze, die an einem Hebelarm
aus Quarz befestigt ist (blau). Der
Quarz ist vergleichbar mit einem
Schwingquarz in einer Uhr und dient
hier dazu, den Abstand zwischen Sonde
und Oberfläche genau zu messen.
Der Bruder, AFM („Atomic Force Microscope“ oder Rasterkraftmikroskop)
braucht nicht einmal eine elektrisch leitende Probenoberfläche. Auch er
rastert die Oberfläche mit einer extrem feinen Spitze ab, die aber an einer
sehr weichen Blattfeder hängt. Auf die Rückseite der Feder ist ein Laserstahl
gerichtet, der jede Bewegung der Feder mitbekommt. Winkeländerungen
dieses Laserstrahls zeigen an, ob sich die Spitze nach oben oder unten bewegt. Mit dem Rasterkraftmikroskop kann man sogar lebende Zellen oder
Proteine abbilden.
SNOM, der jüngste Spross in der Familie der Rastersondenmikroskope,
kann das ebenfalls. Denn auch er braucht keine elektrisch leitende Oberfläche. „Doch anders als das Rasterkraftmikroskop liefert das SNOM auch
optische Informationen über das Objekt“, erklärt Hans-Ulrich Danzesbrink, der Leiter des PTB-Projekts „Quantitative Rastersondenr ausgelö
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Herausgeber
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Braunschweig, Februar 2003