میکروسکوپ تونلی روبشی

میکروسکوپ تونلی روبشی ( STM ) به انگلیسی: ( STM: Scanning tunneling microscope ) گونه ای میکروسکوپ پراب روبشی است که براساس روبش سطح رسانا به وسیلهٔ نوک بسیار باریک ( در حد چند نانومتر ) و تغییر در میزان جریان عبوری برحسب فاصله کار می کند. با این میکروسکوپ می توان نحوه آرایش اتم ها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر ایجاد شده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است. جریان در این گونه میکروسکوپ مستقیم ( DC ) است و جریان به صورت نمایی با فاصله نوک از نمونه رابطه دارد.
این میکروسکوپ، ابزاری برای تصویربرداری از سطوح، در مقیاس اتمی است. این وسیله در سال 1981 اختراع شد و مخترعان آن، گرد بینگ و هاینریش روهرر، در IBM زوریخ، جایزه نوبل فیزیک را در سال 1986 را به دست آوردند. [ ۱] [ ۲] [ ۳] STM با استفاده از یک نوک رسانای بسیار تیز که می تواند اجسام کوچکتر از 0. 1 نانومتر را تشخیص دهد، با وضوح 0. 01 نانومتری، عمق سطح را حس می کند. ( در مقیاس 10 پیکومتر ) این بدان معنی است که می توان به طور معمول از اتم ها تصویربرداری و حتی آنها را دستکاری کرد، به صورتی که آنها را می توان جابه جا کرد و در موقعیت های دلخواه قرار داد.
بیشتر میکروسکوپ ها برای استفاده در شرایط ultra - high vacuum و در دمای نزدیک به صفر کلوین ساخته شده اند، اما امروزه انواع مختلفی برای مطالعات هوایی، محیط های آبی و سایر محیط ها و حتی دماهای بیش از 1000 درجه سانتیگراد وجود دارد.   [ ۴]
STM بر اساس مفهوم تونل زنی کوانتومی ساخته شده است. هنگامی که نوک آن، بسیار نزدیک به سطح مورد بررسی می شود، ولتاژ بایاس اعمال شده بین این دو، این امکان را فراهم می کند تا الکترون ها عبور کنند و جریان برقرار شود. این جریان، حاصل تابعی از موقعیت نوک، ولتاژ اعمال شده و چگالی محلی حالت ها ( LDOS ) نمونه است. اطلاعات با پردازش جریانی که از نوک اسکن می شود، بدست می آیند و معمولاً به شکل تصویر نمایش داده می شوند.
در واقع روشی که به طیف سنجی تونلی کوانتومی معروف است به این شکل عمل می کند: نگه داشتن نوک در یک موقعیت ثابت و بالاتر از سطح، تغییر ولتاژ بایاس و ثبت تغییرات حاصل از جریان. با استفاده از این روش می توان چگالی محلی حالت های الکترونی را بازسازی کرد و آنها را پردازش نمود. [ ۵] این کار گاهی در میدان های مغناطیسی بالا و در حضور ناخالصی ها انجام می شود تا خصوصیات و فعل و انفعالات الکترون در ماده مورد مطالعه را استنباط و بررسی کند.