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 Oberflächenrauheit, Beobachtung von Oberflächendefekten und Bestimmung der Größe und Konformation von Molekülen und Aggregate.
Gerd Binnig und Heinrich Rohrer sind die Erfinder des Rastertunnels Mikroskop (STM). Das 1981 erfundene Gerät lieferte die ersten Bilder einzelner Atome auf den Oberflächen von Materialien.
Gerd Binning und Heinrich Rohrer
Binnig wurde zusammen mit Kollege Rohrer ausgezeichnet Der Nobelpreis in Physik im Jahr 1986 für seine Arbeit in der Rastertunnelmikroskopie. Dr. Binnig wurde 1947 in Frankfurt geboren und besuchte J.W. Goethe-Universität in Frankfurt und erhielt 1973 einen Bachelor-Abschluss sowie 1978 fünf Jahre später einen Doktortitel.
Im selben Jahr trat er einer Physik-Forschungsgruppe am IBM Zurich Research Laboratory bei. Dr. Binnig wurde von 1985 bis 1986 an das IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien, berufen 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 Zurich Research Laboratory.
Dr. Rohrer wurde 1933 in Buchs in der Schweiz geboren und an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich ausgebildet. Dort erhielt er 1955 seinen Bachelor-Abschluss und promovierte 1960. Nach seiner Postdoktorarbeit am Eidgenössischen Institut und an der Rutgers University in den USA trat Dr. Rohrer bei Das neu gegründete Zürcher Forschungslabor von IBM untersucht unter anderem Kondo-Materialien und Antiferromagnete. 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 erzeugt auf einer Metall- oder Halbleiteroberfläche durch Abtasten der Nadelspitze über die Oberfläche in einer Höhe von nur wenigen Atomen Durchmesser. Sie teilten die Auszeichnung mit dem deutschen Wissenschaftler Ernst Ruska, dem Designer der erstes Elektronenmikroskop. Mehrere Scanmikroskopien verwenden die für das STM entwickelte Scan-Technologie.
Russell Young und der Topografiner
Ein ähnliches Mikroskop namens Topografiner wurde zwischen 1965 und 1965 von Russell Young und seinen Kollegen erfunden 1971 beim National Bureau of Standards, derzeit bekannt als National Institute of Standards und Technologie. Dieses Mikroskop arbeitet nach dem Prinzip, dass der linke und der rechte Piezo-Treiber die Spitze über und leicht über der Probenoberfläche abtasten. Das 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.