Microscópio de corrente de tunelamento

Um microscópio de varredura por tunelamento pelo lado de fora
Interior do microscópio

Um microscópio de corrente de tunelamento (conhecido também por STM, scanning tunneling microscope, sua sigla em inglês) é um instrumento que permite obter imagens de átomos e moléculas, isto é, imagens a nível atômico. Seu desenvolvimento, em 1981, fez com que seus inventores, Gerd Binnig e Heinrich Rohrer (IBM Zürich), recebessem o Prémio Nobel de Física em 1986. Para um STM, é considerado que uma boa resolução é 0.1 nm de resolução lateral e 0.01 nm de resolução de profundidade. Com esta resolução, átomos individuais dentro dos materiais são rotineiramente visualizados e manipulados. Um STM pode ser usado não apenas em ultra-alto vácuo mas também no ar, água e múltiplos outros líquidos ou ambientes gasosos, e em temperaturas que variam do zero absoluto a algumas centenas de graus Celsius.

O STM é baseado no conceito de tunelamento quântico. Quando uma ponta condutora é posicionada muito próxima da superfície a ser analisada, uma corrente de polarização (diferença de voltagem) aplicada entre os dois pode permitir aos electrões passar através do vácuo entre ambos. A corrente de tunelamento é uma função da posição da ponta, voltagem aplicada e a densidade local de estados da amostra. A informação é adquirida monitorizando a corrente conforme a posição da ponta através da superfície, e é usualmente vista em forma de uma imagem. A microscopia de corrente de tunelamento pode ser uma técnica desafiadora, já que requer superfícies extremamente limpas e estáveis, pontas afiadas, excelente controlo de vibrações e electrónicas sofisticadas.

Imagem de uma superfície reconstruída de ouro
imagem da STM de nanotubos de carbono

Princípio de funcionamentoEditar

Simplificadamente o microscópio tem uma sonda apontada para uma superfície, a dica de scans (varreduras) a superfície para representar. Um computador ajusta (através de um sistema servo) em tempo real a altura da ponta para manter uma corrente elétrica constante (uma corrente de tunelamento) e grava esta altura, o que permite reconstruir a superfície.

Para isso, um sistema de posicionamento com alta precisão (obtido utilizando um sistema piezoelétrico), um driver avançado é colocado na frente da superfície em estudo, e que mede a corrente oriunda da passagem de elétrons entre a ponta e a superfície por tunelamento. Na maioria dos casos, esta corrente varia muito rapidamente com a distância entre a sonda e a amostra (varia exponencialmente), com uma distância média de algumas dezenas de nanômetros.

Assim, a ponta se move sobre a amostra com um movimento de varredura e ajusta a altura de modo a manter uma intensidade de corrente de túnel constante por meio de um ciclo de realimentação. Podemos, então, determinar o perfil da superfície com uma precisão menor do que as distâncias interatômicas de ordem femtômetros.

Ligações externasEditar