Raster-Tunnel-Mikroskopie - Fakultät für Physik

Damit können nämlich nicht nur elektrisch leitende, sondern auch isolierende Materialien
‘unter die Nadel’ genommen werden (im wahrsten Sinne des Wortes).
Abb.2.3.1 Atomares Kraftmikroskop [1] (Skizze AFM)
Die extrem feine Spitze S liegt mit einer Kraft von 10 -8 bis 10 -12 N direkt auf der Probenoberfläche
P auf, während sie im Rastermodus über dieselbe geführt wird. Dabei sorgt die
Piezokeramik A, die über einen Hebelarm H mit der Spitze verbunden ist, für Konstanz dieser
Auflagekraft, indem sie über den Abstandssensor AS und den Regler R entsprechend
angesteuert wird. Das entstehende Bild, das aus den Spannungssignalen an diesen
Piezostellelement gewonnen wird, gibt die Oberflächentopographie, um genauer zu sein, das
Profil konstanter Elektronendichte der Probe wieder, da sich elektrostatische Abstoßung
aufgrund des Überlapps der elektronischen Wellenfunktionen von Probe und Spitze und deren
Auflagekraft gerade die Waage halten.
In diesen Nahfeldbereichen kann man sich natürlich die verschiedensten
Wechselwirkungen zwischen Spitze und Probe zunutze machen. Beim Magnetkraftmikroskop
benutzt man beispielsweise Spitzen aus Eisen oder Nickel, die in Längsrichtung magnetisiert
sind, so daß beim Abrastern magnetischer Bereiche der Probe die magnetische Wechselwirkung
überwiegt.
Das Thermische Nahfeldmikroskop arbeitet mit einem winzigen Thermoelement als
Spitze, das während der Untersuchung der raumtemperierten Probenoberfläche geheizt wird.
Wird die durch diesen Temperaturunterschied erzeugte Thermospannung konstantgehalten,
folgt die Spitze dem Oberflächenprofil. So wurden Auflösungen unter 1000Å erreicht!
Bei der optischen Nahfeldmikroskopie tritt das zur Abbildung benutzte Licht aus einer
Öffnung aus, die wesentlich kleiner als die Wellenlänge selbst ist. Das Bild des damit
beleuchteten Objekts wird entweder aus der Reflexion oder der Transmission gewonnen.
Auflösungen bis zu 1000Å sind erreicht worden! Der Grund für diese hohen Auflösungen, die
wesentlich kleiner als die Wellenlänge des verwendeten Lichts sind, ist der Informationsgehalt
des optischen Nahfeldes, der denjenigen des Fernfeldes weit übersteigt. Man denke
vergleichsweise an das Stethoskop, das eine Art ‘akustisches Nahfeldmikroskop’ darstellt: Hier
werden die Schallwellen nahe an ihrem Entstehungsort über eine im Vergleich zur Wellenlänge
sehr kleine Membran aufgenommen und können am Ohr trotzdem deutlich aufgelöst werden
([1])!
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