Dentin Komposit - OPUS - Universität Würzburg

1 Einleitung 23
1.6.1. Rastertunnelmikroskopie
Das Rastertunnelmikroskop, Scanning Tunneling Microscope (STM), ist der Urvater
aller SPMs. Es wurde von Binnig und Rohrer 1981 entwickelt. 1986 bekamen sie dafür
den Physik-Nobelpreis. Es war das erste Instrument, mit dem reale räumliche Bilder
von Oberflächen in Auflösung auf atomarer Ebene erstellt werden konnten. STMs
gebrauchen eine geschärfte leitende Spitze, an die eine Spannung angelegt ist. Durch
diese Spannung kommt es zu Wechselwirkungen zwischen Indenterspitze und
Probenoberfläche. Ab einer Entfernung von 10 Å zur Probe kommt es zu einem
Austausch von Elektronen von der Probe zur Spitze und umgekehrt, abhängig vom
Vorzeichen der angelegten Spannung. Dieser Vorgang wird als „tunneling“ bezeichnet.
Der resultierende Stromfluss variiert korrespondierend mit dem Abstand der Scan-
Spitze zur Probe. Aufgrund dieser sich verändernden Signale wird ein STM-Bild
erstellt. Sowohl das Material der Probe als auch das der Spitze müssen entweder Leiter
oder Halbleiter sein. Das STM kann im Gegensatz zum AFM keine isolierenden
Materialien scannen.
1.6.2. Rasterkraftmikroskopie
Das Rasterkraftmikroskop, Atomic Force Microscope (AFM), untersucht Oberflächen
einer Probe mittels einer scharfen Spitze, die selten länger als einige Mikrometer ist. Ihr
Durchmesser beträgt weniger als 100 Å. Die Spitze befindet sich am Ende eines
Cantilevers, der 100 bis 200 μm lang ist. Die Kräfte zwischen der Spitze und der Probe
führen zur Durchbiegung oder zur Ablenkung des Cantilevers. Ein Detektor misst die
Durchbiegung des Cantilevers, während die Spitze über das Material fährt. Die
gesammelten Daten erlauben die Erstellung einer Art Landkarte der
Oberflächentopographie. AFMs können sowohl zur Erforschung von Leitern,
Halbleitern als auch von nicht leitenden Materialien eingesetzt werden. Van-der-Waals-
Kräfte spielen bei der Durchbiegung des Cantilevers die entscheidende Rolle.