Um microscópio de varredura por tunelamento pelo lado de foraInterior do microscópio
Um microscópio de corrente (ou varredura) por 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.[1] 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 próximo da superfície a ser analisada, uma corrente de polarização (diferença de tensão elétrica) 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, tensão elétrica aplicada e a densidade local de estados da amostra. A informação é adquirida monitorando a corrente conforme a posição da ponta através da superfície, e é usualmente visualizada em forma de uma imagem. A microscopia de varredura por tunelamento pode ser uma técnica desafiadora, já que requer superfícies extremamente limpas e estáveis, pontas afiadas, excelente controle de vibrações e eletrônica sofisticada.
Imagem de uma superfície reconstruída de ouroimagem da STM de nanotubos de carbono
Princípio de funcionamento
Simplificadamente, o microscópio tem uma sonda apontada para a superfície a ser representada, com uma ponta que irá varrer a superfície. Através de um sistema servo em tempo real, um computador ajusta a altura da ponta, mantendo uma corrente elétrica constante (a corrente de tunelamento), e armazena essa altura, o que permite reconstruir a superfície.
Para isso, um sistema de alta precisão, que usa um sistema piezoelétrico, posiciona um driver avançado na frente da superfície em estudo, o qual mede a corrente oriunda da passagem de elétrons por tunelamento entre a ponta e a superfície. Na maioria dos casos, a corrente varia muito rapidamente (exponencialmente) com a distância entre a sonda e a amostra, com uma distância média de algumas dezenas de nanômetros.
A ponta faz um movimento de varredura sobre a amostra, ajustando a altura através de um mecanismo de realimentação (feedback), de forma a manter uma intensidade constante da corrente de tunelamento. Pode-se, então, determinar o perfil da superfície com uma precisão menor que as distâncias interatômicas, da ordem de femtômetros.
