Scanning tunneling microscoop oftewel STM (quantum)

Onderwerp: Quantumwereld

Tunneling en potentiële energie bij STM

Deze opgave komt uit de lesmethode Nova Natuurkunde 6 vwo|gymnasium, uit het hoofdstuk Quantumwereld. Uitgeverij: Malmberg.

Een STM maakt gebruik van tunneling om de atomaire hoogteverschillen in een stof nauwkeurig in beeld te brengen.

Vraag a. Waarom zou dat klassiek niet kunnen? Dan kan immers gemeten worden of er wel of geen contact wordt gemaakt.

Als je echt contact maakt, verstoor je de oorspronkelijke configuratie van het oppervlak. Dat wil zeggen dat atomen zo licht zijn dat elk contact de situatie anders zal maken dan hoe het zonder contact was. Ook gaat de naald kapot. Tot slot: er zou kortsluiting ontstaan. Het is dan dus alles of niet: geen stroom, of een heel grote stroom.

STM_figuur_1
Figuur 1: Weergave van de tunneling door een electron
Vraag b. Teken in figuur 1 over en teken vervolgens met een andere kleur de grafiek voor de potentiële energie als de spanning over naald en object groter wordt.

Links zitten de elektronen nu tot aan de bovenste stippellijn.

STM_antwoord_b

Vraag c. Teken in weer een andere kleur de grafiek voor de potentiële energie als de afstand tussen naald en object groter wordt.

STM_antwoord_c

Vraag d. Welke vier grootheden moeten gemeten worden om met een STM een afbeelding te kunnen maken?

De coördinaten x, y en z van de punt van de naald en de tunnelstroom.