(F_mic.time_noTitel_600x907.swf) יעלה בקרוב
מתי המציאו את מיקרוסקופ המינהור ומי המציא אותו?
בשנת 1981 המציאו גֶרְד בִּינִיג (Gerd Binnig) ו הַיינְרִיך רוֹהרֶר (Heinrich Rohrer) את מיקרוסקופ המינהור.
בתמונה: רוהרר מימין, ביניג משמאל
הצורך – לראות אטומים
תמונה של אטומי גרפיט, שהתקבלה באמצעות מיקרוסקופ מינהור סורק. כל בליטה אפורה היא אטום יחיד!
עד למחצית השניה של המאה הקודמת, לא ניתן היה “לראות” אטומים בודדים, וקיומם של האטומים היה בחזקת תיאוריה מדעית. פיתוחים טכנולוגיים חדישים במדע, כמו למשל, מיקרוסקופ המינהור הסורק (STM; Scanning Tunneling Microscope) מאפשרים “לראות” אטומים על מסך המחשב. בנוסף, מיקרוסקופ זה לא זקוק לריק כדי לפעול, עובדה שמאפשרת למדוד דגמים שלא ניתן להכניס למיקרוסקופ האלקטרוני.
י
י
י
כיצד פועל מיקרוסקופ המינהור האלקטרוני ?
מיקרוסקופ המינהור האלקטרוני פועל בצורה דומה לאופן שבו עיוור קורא בכתב ברייל . כתב ברייל הוא כתב, שסימניו מורכבים מנקודות מובלטות ממשטח הדף כלפי מעלה ומאפשר קריאה באמצעות חוש המישוש.
אבל איך אפשר למשש אטומים?
י
פעולתו של מיקרוסקופ זה מבוססת על מעבר זרם חשמלי [תנועת אלקטרונים] בין קצהו של מחט [חוד מתכתי אטומי] ובין המשטח הנבדק. אין מגע בין האטום שבקצה החוד לבין אטומי החומר הנמדד, ולכן הזרם עובר דרך מקום שהוא ” לא אמור לעבור בו”, כאילו שקיימת מנהרה שעוברת מתחת למחסום במוליכות (מכאן השם מיקרוסקופ מנהור). באמצעות מיקרוסקופ זה ניתן להבחין באטומים או מולקולות על פני המשטח. נוסף על כך המחט יכולה לשמש לדחיפה פיזית של אטומים או מולקולות על פני המשטח ועל ידי כך ליצור ננו מבנים .
עקרון הפעולה של ה-STM מוצג באיור שלפניכם:
כשמזיזים את המחט מעל הדגם הנבדק, כל בליטה על פני שטח הדגם (אפילו בגודל אטום יחיד!) תשנה את זרם המנהור הנמדד- ככל שהמחט קרובה יותר לדגם, עוברים יותר אלקטרונים ממנה אל הדגם.
מיקרוסקופ המינהור מאפשר הצגה של תמונה תלת-מימדית של החומר הנדגם עד לכושר הפרדה ברמה האטומית.
י
י
י
בסרטון הבא תוכלו לצפות בהדגמה עם הסבר מפורט על פעולת STM:
הקליקו על האיור
| איזה מהגרפים הבאים מתאר בצורה נכונה את הקשר בין הזרם החשמלי לבין המרחק בין המחט לדגם הנבדק ? | ||||||
 |
||||||
 |
||||||
 |
||||||
 |
||||||
|
||||||
מכונית מולקולארית
מכונית שאורכה כארבעה ננומטרים, בעלת גלגלים שכל אחד מהם בנוי מ-60 אטומי פחמן, החוקרים שפיתחו את הננו-מכונית הצליחו להניעה באמצעות מיקרוסקופ מִנהוּר סורק (scanning tunneling microscopy, או בקיצור STM). מיקרוסקופ המנהור הסורק מצויד במחט שעובי הקצה שלה הוא אטום בודד. כאשר קצה המחט מתקרב מאוד לאטום אחר, נוצרת ביניהם דחייה חשמלית גדולה, והאטום האחר – החופשי לנוע – זז. הננו-מכונית מסוגלת לנוע באמצעות סיבוב גלגליה, ולא רק באמצעות החלקה על המשטח שעל פניו היא נמצאת. כדי להניע את המכונית באמצעות סיבוב הגלגלים, הניחו אותה החוקרים על משטח זהב וחיממו אותו לטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס.
חסרונות מיקרוסקופ המינהור הסורק:
הדגמים חייבים להיות נקיים מאד (שהרי מודדים רק מה שבפני השטח החיצוניים ביותר, אם יש לכלוך, הלכלוך הוא מה שיימדד), שטוחים יחסית, ומוליכים. המדידה איטית יחסית למיקרוסקופ אלקטרוני, מכיוון שהטיפ צריך לסרוק את פני השטח, נקודה אחר נקודה.