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주사형 터널링 전자현미경(STM) 육안으로 원자를 본다

(그림1) 터널현상^STM은 전자의 터널 현상을 이용한다.전자는 파동의 성질이 있기 때문에 그 위치가 안정되어 있지 않고, 전도체의 표면이라는 경계 밖에서도 존재할 확률이 있다.이 표면으로부터 스며나온 전자는 침의 끝부분과 시료면 사이의 공간에 전자의 구름을 만든다.구름의 농도는 거리가 증가할수록 지수함수적으로 감소하기 때문에 전압이 가해지면 구름을 통해 전달되는 전자의 양이 침과 표면사이의 거리에따라 극히 민감하게 변한다. 침으로 시료의 표면을 주사(走査)할 때 터널전류라 부르는 전류를 검지하여 피드백 장치를 통해 표면원자로부터 침의 높이를 일정하게 유지시킨다.이렇게 하여 침은 표면의 요철을 따라 움직이는데 그 움직임을 판독하여 컴퓨터로 처리하여 스크린상에 나타낸다.침을 평행선을 따라 계속 주사하면 고분해능의 3차원상이 얻어진다.(그림1) 터널현상^STM은 전자의 터널 현상을 이용한다.전자는 파동의 성질이 있기 때문에 그 위치가 안정되어 있지 않고, 전도체의 표면이라는 경계 밖에서도 존재할 확률이 있다.이 표면으로부터 스며나온 전자는 침의 끝부분과 시료면 사이의 공간에 전자의 구름을 만든다.구름의 농도는 거리가 증가할수록 지수함수적으로 감소하기 때문에 전압이 가해지면 구름을 통해 전달되는 전자의 양이 침과 표면사이의 거리에따라 극히 민감하게 변한다. 침으로 시료의 표면을 주사(走査)할 때 터널전류라 부르는 전류를 검지하여 피드백 장치를 통해 표면원자로부터 침의 높이를 일정하게 유지시킨다.이렇게 하여 침은 표면의 요철을 따라 움직이는데 그 움직임을 판독하여 컴퓨터로 처리하여 스크린상에 나타낸다.침을 평행선을 따라 계속 주사하면 고분해능의 3차원상이 얻어진다.

새로운 전자현미경 STM은 물질의 표면구조를 원자크기 수준에서 밝혀준다. 이 현미경을 발명한공로로 '비니히'와 '로러'는 금년도 노벨물리학상을 수상했다. 이 글은 이들이 'Scientific American'(1985.8)과 'IBM Journal of Research and Development'(...(계속)

글 : 동아일보사 편집부

과학동아 1986년 12호

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