Dossier

Alla conquista del nanomondo

Spostare gli atomi con il microscopio a effetto tunnel

ferro su rame Uno straordinario strumento permette agli scienziati di accedere al nanomondo: il microscopio a scansione a effetto tunnel (Stm, scanneling tunneling microscope). Contrariamente a un classico microscopio, non produce fotografie con l’aiuto di lenti e della luce, ma trasforma la corrente elettrica proveniente da superfici di materiali conduttori in immagini di atomi. L’Stm, realizzato per la prima volta all’inizio degli anni Ottanta dai fisici Gerd Binnig e Heinrich Rohrer nei laboratori di ricerca dell’Ibm a Zurigo, permette non solo di visualizzare gli atomi, ma anche di afferrarli e di spostarli.

La caratteristica fondamentale di un Stm è la sua punta sottile, costituita da un filo elettrico che all’estremità raggiunge lo spessore di un solo atomo. Questa punta passa a distanza ravvicinata sopra una superficie metallica (o di materiale semiconduttore o superconduttore) e, quando si trova a meno di un nanometro di distanza da un atomo della superficie, all’estremità dell’Stm viene applicata una piccola differenza di potenziale. Fra i due atomi si crea una corrente elettrica per effetto tunnel. Questa corrente dipende dalla distanza tra la punta e la superficie: aumenta quanto più si avvicinano le due estremità. Queste variazioni di corrente possono così essere tradotte in un’immagine del rilievo della superficie.

L’Stm può anche essere utilizzato per spostare un singolo atomo. Quando la punta del microscopio è vicina a un atomo, si aumenta la differenza di potenziale applicata e questo crea un legame temporaneo fra i due atomi (quello della superficie e quello all’estremità della punta), simile a un legame chimico. Quando l’atomo è stato “catturato”, la punta si sposta finché non arriva nel punto in cui l’atomo deve essere rilasciato. Qui la differenza di potenziale viene invertita e così l’atomo “si sgancia” e si ritrova nella nuova posizione.

In questo modo l’Stm è diventato lo strumento per manipolare la materia partendo dai suoi singoli costituenti.

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