Rastersondenmethoden...

Wer nicht sehen kann, muß fühlen

Wer nicht sehen kann, muss sich nicht unbedingt eine Brille zulegen, in einigen Fällen hat es Vorteile, seine Umwelt zu ertasten. Genau das machen Rastersondenmikroskope: Sie ertasten ihre Umwelt mit feinsten und zum Teil hochspezialisierten Sonden.

Dabei ist es nicht nur möglich, Oberflächenstrukturen bis aufs Atom genau sichtbar zu machen, Rastersondenmikroskope fühlen auch Materialeigentschaften wie Magnetismus, elektrische Leitfähigkeit, Adhäsion (Klebrigkeit), Rauhigkeit, Elastizität und einiges mehr. Außerdem können Rastersondenmikroskope unter den unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen betrieben werden: Im Vakuum, in Luft oder diversen Gasen, in Flüssigkeiten, in Magnetfeldern, in elektrischen Feldern oder bei unterschiedlichen Temperaturen.

Bewegung mit atomarer Präzision

Allen Rastersondenmikroskopen ist gemeinsam, dass sie eine Sonde - zum Teil auf den Bruchteil eines Atomdurchmessers genau - über einer Oberfläche positionieren können.

Dieses kleine Wunder gelingt mit Motoren aus Piezokristallen, die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung kontrolliert verformen lassen. Dabei werden zwei Sorten solcher "Nanomotoren" unterschieden:
Der Walker ist ein Spahirstab, der Schritt für Schritt von kleinen Piezobeinchen getragen wird. Der Walker ist für die Grobjustierung zuständig und kann sich nur in zwei Raumrichtungen bewegen.
Die Feinjustage wird von einem röhrenförmigen Piezoelement übernommen. Dieser Röhrenscanner bewegt die Sonde des Mikroskops oder die Probe in alle sechs Raumrichtungen, und zwar auf Bruchteile von Atomdurchmesser genau.

... Tastfinger im Nanokosmmos

Die Rastersondenmikroskope lassen sich grob in zwei Familien aufteilen: Rastertunnelmikroskope und Rasterkraftmikroskope. Alle anderen Typen sind an die Grundprinzipien dieser beiden Verfahren angelehnt.