Hrot

tip_elektron_microscop_low_magnif.JPG

Hrot je asi nejdůležitější součástí měření. V ideálním případě si ho můžeme představit tak, že na vrcholu kovového hrotu (z důvodu požadované vysoké tepelné odolnosti se používá wolfram) bude jediný atom, kterým poteče dominantní tunelový proud. Obrázky ukazují představu ideálního hrotu z nárysu (zde chybí poslední dvě atomární vrstvy) a bokorysu:

stm_tip_atoms.JPG atomic_tip.jpg

Hrot se principielně dá vyrobit třeba tak, že necháváme krystalizovat kov na nějakém zárodku a současně ho vytahujeme z roztoku. Takový hrot by ale velmi drahý a stejně by se velmi rychle poškodil. Naštěstí lze atomárního rozlišení dosáhnout i s mnohem tupějším hrotem. My hroty vyrábíme elektrochemickým leptáním wolframového drátku v roztoku NaOH. Princip je v tom, že se konec drátku ponoří do roztoku a kolem něj se položí vodivá mřížka vhodného tvaru (válec, spirála, …) Mezi hrot a mřížku přivedeme stejnosměrné napětí, čímž se spustí elektrochemická reakce (její popis vynecháme). Díky tomu, jak roztok smáčí wolfram (výsledek povrchových napětí), se drát leptá takovým způsobem, jak je ukázáno na obrázku:

LEPTANI.jpg

V okamžiku, kdy spodní část hrotu upadne, se výrazně sníží leptací proud. V tento okamžik je třeba leptání co nejrychleji vypnout, protože pokračující reakce by ztupila vyrobený hrot. Vypnutí leptání lze zajistit jednoduchým obvodem s komparátorem nebo derivátorem. Zmíněným postupem dokážeme vyrobit hroty s poloměrem křivosti několik set nanometrů, vyjímečně i 10 nm. Problém je v tom, že nedokážeme zjistit, jak je hrot ostrý, dokud ho nedáme do aparatury.

Tvar vyrobených hrotů zkoumáme v transmisním elektronovém mikroskopu:

tip_el_transm_microscop_high_magn_1.JPG hrot2.JPG

Levý hrot má poloměr křivosti kolem 10 nm. Je silně obalený zkondenzovanými olejovými parami. Když hrot jednou zkoumáme v transmisním elektronovém mikroskopu, není ho možné použít pro STM, protože ho zmíněné olejové páry spolehlivě izolují. Pravý hrot je i při největším zvětšení pořád ostrý, tj. má poloměr křivosti hodně pod 10 nm.