Aufgedeckt: Beschleunigungstechnologien von Mikroskopen
In der Geschichte der modernen Instrumentenentwicklung hat sich die Mikroskopietechnologie mit dem Fortschritt der menschlichen Technologie rasch weiterentwickelt, und auch die wissenschaftliche Forschung und Materialentwicklung wurde mit der Erfindung neuer Mikroskopietechnologien in noch nie dagewesene kleine Welten verlagert. Die Rasterkraftmikroskopie kann in verschiedenen Forschungsbereichen eingesetzt werden, darunter Polymermaterialien, optoelektronische Materialien, Nanomaterialien, Biomaterialien usw. Darüber hinaus können ihre Sonden auch als Werkzeuge zur Manipulation von Oberflächenatomen oder -molekülen dienen und so einen größeren Raum für wissenschaftliche Forschung und Fantasie bieten.
Berichten zufolge hat der Physiker Keith Schwab von der Cornell University eine Messmethode der Nanoelektronik genutzt, um ein Rastertunnelmikroskop zu entwickeln, das Bilder einzelner Atome auf einer Oberfläche mit einer Geschwindigkeit aufnehmen kann, die mindestens 100-mal schneller ist als bestehende Mikroskope. Rastertunnelmikroskope können die Fähigkeit des Quantentunnelns oder Elektronentunnelns durch Hindernisse nutzen, um den Abstand zwischen einem Nadeldetektor und einer leitfähigen Oberfläche zu messen.
Die Forscher fügten eine zusätzliche Hochfrequenzquelle hinzu und schickten über ein einfaches Netzwerk eine Welle in ein Rastertunnelmikroskop. Sie fanden heraus, dass sie die Eigenschaft der Reflexion der Welle zur Quelle nutzen konnten, um den Widerstand des Tunnelübergangs zu ermitteln. Diese Technologie wird Reflektometertechnologie genannt, die Standardkabel als Hochfrequenzwellenkanäle verwendet und aufgrund von Kabelkapazitätsbeschränkungen nicht langsamer wird. An die Probe wurde eine kleine Spannung angelegt, die den Detektor in eine Position bewegte, die sich nur wenige Angström über der Oberfläche der Probe befand.
Es ist zu beachten, dass ein ideales Rastertunnelmikroskop Daten mit einer Geschwindigkeit sammeln kann, die der Haltegeschwindigkeit der durch den Tunnel fließenden Elektronen entspricht und eine Rate von einem Gigahertz oder eine Bandbreite von einer Milliarde Zyklen pro Sekunde erreicht. Ein typisches Rastertunnelmikroskop ist jedoch durch die Kapazität des Leseschaltkreiskabels oder des Energiespeichers begrenzt und seine Geschwindigkeit ist besonders langsam, etwa 1 kHz oder sogar weniger.
Erwähnenswert ist, dass Experten vermuten, dass diese Technologie auch das Potenzial zur Herstellung von Atomniveauthermometern hat. Sie sind fest davon überzeugt, dass es in 10 Jahren eine große Anzahl von HF-Rastertunnelmikroskopen geben wird, die Menschen für verschiedene großartige Experimente nutzen können. Die Erfindung der Rasterkraftmikroskopie hat der wissenschaftlichen Gemeinschaft beispiellose Analysemöglichkeiten beschert, sodass die Erkennung und Manipulation von Atomen und Molekülen auf Materialoberflächen nicht länger nur ein Traum ist.
