Con un microscopio a effetto tunnel (noto anche come Stm, dall’inglese Scanning Tunneling Microscope) si possono osservare oggetti delle dimensioni del nanometro. Si tratta di un apparecchio scientifico fondamentale per lo studio e l’osservazione delle superfici a livello atomico.
In questa guida vi illustreremo le caratteristiche, le funzioni e le componenti di un microscopio ad effetto tunnel capace di far esaminare e manipolare singoli atomi agli utenti che ne fanno uso. Agli appassionati di microscopia tocca restare collegati per soddisfare ogni dubbio e curiosità.
Descrizione
In un microscopio a scansione a effetto tunnel è presente una tensione elettrica tra la punta del sensore e la superficie del campione da esaminare. Tale tensione consente il passaggio di corrente tra il campione e il sensore: parliamo della nota corrente di tunnel.
Lo spazio che intercorre tra la punta del sensore e la superficie del campione è di pochi nanometri.
Se si registrano variazioni nella distanza tra la punta del sensore e la superficie del campione, cambia pure l’intensità della corrente di tunnel. Inoltre a causare possibili variazioni alla distanza potrebbero essere alcune difformità della superficie.
Nel momento in cui si misura l’intensità della corrente, si potrà anche conoscere la distanza nella zona prescelta. Sullo schermo del computer si viene a creare l’immagine della struttura superficiale del campione.
Il microscopio a scansione a effetto tunnel rappresenta un bel passo in avanti rispetti ad altri microscopi a sonda di scansione. Fu inventato presso l’IBM Forschungsinstitut a Rüschlikon da Gerd Binnig e Heinrich Rohrer; entrambi nel 1986 hanno ricevuto il Premio Nobel per tale invenzione.
Come funziona
Il funzionamento di un microscopio a scansione a effetto tunnel non è affatto complicato. Nel momento in cui viene cambiata la distanza tra la punta metallica e la superficie del campione, si può osservare la morfologia delle strutture superficiali e misurare al contempo la densità degli stati.
Per effetto della tecnologia “tunnel”, però, gli atomi non possono essere studiati come sfere rigide. Se si avvicinano, infatti, due atomi tra loro, un elettrone può saltare da una parte all’altra.
Un microscopio a scansione a effetto tunnel consente di poter effettuare delle osservazioni molto precise. Inoltre questo strumento permette di ottenere ingrandimenti fino a 100 milioni di volte di atomi di superficie.
I microscopi ad effetto tunnel possono essere usati anche come apparecchiature scientifiche per intervenire su materiali conduttori a livello atomico e molecolare. Con la punta del microscopio si può dunque operare su strutture inorganiche ed organiche. Sia in maniera selettiva che su scala nanometrica.
I microscopi ad effetto tunnel permettono pure di manipolare materiale biologico sin dalle sue singole componenti.
Per materiali biologici si intende l’insieme di cellule, nuclei, molecole di Dna e dunque una pluralità di nano-oggetti che insieme costituiscono gli esseri viventi.
Componenti principali
Le componenti principali di un microscopio a effetto tunnel sono:
- la punta di scansione;
- uno scanner;
- un sistema di isolamento delle vibrazioni;
- l’elettronica per il controllo dell’apparecchio e per l’interfaccia utente.
La punta di scansione è realizzata in platino-iridio o in tungsteno. Spesso viene utilizzato pure l’oro. E’ grazie al computer che la punta mantiene la sua posizione rispetto al campione così come anche la scansione dell’oggetto esaminato e l’acquisizione dei dati vengono controllati dal computer.
Quando si fa uso di un microscopio a effetto tunnel, il compute può servire anche per migliorare l’immagine o per elaborarla al meglio.
Microscopia a scansione di sonda
Per esaminare la morfologia dei corpi solidi dobbiamo far uso della microscopia a scansione di sonda (nota pure come Spm). A far parte di questa categoria di microscopi è proprio il modello a scansione ad effetto tunnel che ha permesso di osservare la struttura atomica delle superfici. Con l’avanzare della tecnologia sono poi stati inventati altri apparecchi scientifici importanti, quali: il microscopio a forza atomica, (Afm), il microscopio a forza magnetica (Mfm) e quello a forza elettrica (Efm).
Oggi ormai la microscopia a scansione di sonda è tra le più utilizzate perché in continua evoluzione.
Modelli e prezzo
I microscopi a effetto tunnel sono apparecchi compatti e di facile utilizzo che permettono lo studio di strutture atomiche. Si tratta di strumenti studiati appositamente per scopi didattici o di ricerca. Di modelli in commercio ve ne sono tanti che differiscono tra loro per fascia di prezzo, requisiti del sistema, caratteristiche tecniche.
Nella maggior parte dei casi nelle confezioni sono presenti anche tali articoli: cd di installazione con software di misurazione e comando, coperchio con lente, piastra da esperimenti antivibrazione, set di utensili per la preparazione di punte su misura, filo di platino-iridio, campioni (in grafite, in oro), testina di scansione con cavo di collegamento, set di portacampioni.
Sono microscopi usati all’interno dei laboratori e che per questo motivo appartengono ad una fascia di prezzo elevata. Non sono apparecchi che possono essere acquistati per scopi ludici o semplicemente per passione. La tecnica di osservazione può essere anche tridimensionale.
I microscopi a effetto tunnel vengono impiegati non solo in condizioni come l’ultra alto vuoto ma pure nell’acqua, nell’aria, in gas ambienti e in altri liquidi a temperature che oscillano tra zero kelvin e poche centinaia di gradi Celsius.
Conclusioni
Quando si decide di comprare un microscopio, si deve dare importanza a quelli che sono i materiali costruttivi. Se la qualità delle lenti e degli obiettivi è al top, allora stiamo avendo a che fare con un prodotto di qualità. Attenzione pure al condensatore e al tavolo traslatore. Quest’ultimo è indispensabile per consentire spostamenti di precisione del preparato che andiamo a osservare.
E’ importante che anche la struttura portante del microscopio sia resistente. Meglio se in metallo perché è un materiale robusto e sicuramente più duraturo se messo a confronto della plastica. Quest’ultimo materiale viene usato per prodotti di fascia bassa. I marchi più noti in termini di qualità sono sicuramente Motic e Konus. Più accessibili Seben e AmScope.
Quando si parla di microscopi ad effetto tunnel, però, ci stiamo interfacciando con apparecchiature usate nell’ambito dell’istruzione e della ricerca per le quali bisogna spendere anche migliaia di euro. Nulla, dunque, a che vedere con apparecchi usati per hobby.
