Das Rastertunnelmikroskop zum Selberbauen

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  Ein Rastertunnelmikroskop ist auch mit einfachen Mitteln zu bauen.

Das Gerät, mit dem man erstmals bis hinab zu den Atomen sehen konnte, heißt Rastertunnelmikroskop. 1986 wurde dafür der Nobelpreis für Physik vergeben. Das Mikroskop ist heute als eines der Standardinstrumente aus der Nanotechnologie nicht mehr wegzudenken.

Bis spät Abends mit großer Begeisterung bei der Sache: Schülerinnen und Schüler aus Münster.

Quarks  &  Co hat zusammen mit Physikern der Uni Münster und dem gemeinsamen Leistungskurs des Annette-von-Droste-Hülshoff-Gymnasiums und des Wilhelm- Hittorf-Gymnasiums gezeigt, das solch ein Mikroskop auch mit einfachen Mitteln zu bauen ist. Dafür haben die Physiker aus Münster eine besonders einfache Konstruktion entworfen, deren Materialkosten bei  ca.  510 Euro liegen. Ähnlich zu der Profiversion ist dabei eine feine Metallnadel die Übermittlerin der Botschaften aus der Nanowelt. Ihre Spitze besteht im Idealfall aus einem einzigen Atom.

Die Physiker aus Münster haben improvisiert: Herzstück der Schwingungsdämpfung ist ein Autoschlauch.

Wie beim Plattenspieler ertastet sie die atomare Landschaft Zeile für Zeile. Dank Quantenphysik geschieht das alles ohne Berührung. Elektronen springen von der Spitze auf die Kupferoberfläche. Es fließt ein Tunnelstrom. Dieser Strom wird konstant gehalten. Dafür muss der Abstand der Nadel zur Oberfläche stets gleich gehalten werden. Die Höhenregulierung funktioniert mit Hilfe eines Piezoröhrchens, das mit dem Tunnelstrom gesteuert wird. So lassen sich die Berge und Täler der Atomlandschaft genau abbilden. Der Abstand der Nadel zur Oberfläche beträgt nur wenige Atomdurchmesser. Damit es nicht zu Störungen kommt, ist deshalb normalerweise eine aufwändige Schwingungsdämpfung erforderlich. Die Physiker aus Münster haben improvisiert: Herzstück der Schwingunsdämpfung ist jetzt ein Autoschlauch.

In drei Arbeitsgruppen, "mechanische Bauteile", "Elektronik" und "Softwareprogrammierung" haben die Schüler das Rastertunnelmikroskop zusammengebaut.

Die Schülerinnen und Schüler haben alles selbst zusammengebaut. Dafür haben sie drei Arbeitsgruppen gebildet: Eine Gruppe für die mechanischen Bauteile, eine für die Elektronik und eine zum Programmieren der Software.

Sie haben zusammen mit den Münsteraner Physikern eine bebilderte Bauanleitung mit Material- und Werkzeugliste geschrieben. Diese wurde noch einmal intensiv überarbeitet und ist im Internet abrufbar. Die Anleitung wird laufend ergänzt und aktualisiert.