Im Rahmen einer freiwilligen AG haben sich drei Mittelstufenschüler vor rund einem Jahr das Ziel gesetzt, nach einer Bauanleitung der Universität Münster ein Rastertunnelmikroskop (RTM) zu bauen.  Ein RTM, für dessen Erfindung erst 1986 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde, ist in der Lage, Oberflächenstrukturen im Nanometerbereich – ja sogar bis auf Atomgitterebene – aufzulösen und damit Dinge sichtbar zu machen, die selbst für ein Rasterelektronenmikroskop unsichtbar sind. Dazu tastet das RTM die Oberfläche im Abstand von nur 1 Nanometer (!) mit einer feinen Messspitze ab, so dass zwischen der Oberfläche und der Messspitze ein Tunnelstrom von etwa 1 Nanoampere entsteht.

Bei ihren Bemühungen stießen die Schüler auf zahlreiche Herausforderungen, angefangen bei den unvollständigen und teilweise widersprüchlichen Angaben in der Bauanleitung der Uni Münster, die inzwischen auch offline und nur noch im Web-Archiv (https://archive.org/ ) zu finden ist, über fehlende Bereitschaft von Firmen, Preisanfragen für Bauteile zu beantworten, bis hin zur vergeblichen Suche nach speziellen Bauteilen (Piezoaktoren) und Materialien (Wolfram- und Platin-Draht).

An dieser Stelle kam der Fachbereich IEM zur Hilfe, sowohl bei der Bezugsquelle für die benötigten Piezoaktoren als auch bei der Beschaffung der speziellen Materialien, denn die Anfragen der THM wurden – im Gegensatz zu den E-Mails der Schüler – von den Firmen umgehend beantwortet!

Auch die Ansteuerung des Tunnelmikroskops über einen PC musste komplett überarbeitet werden, da die in der Bauanleitung verwendete PC-Einsteckkarte nicht mehr lieferbar ist und auch zu aktuellen PCs nicht mehr kompatibel wäre. Hier konnte der Fachbereich IEM mit einer Mikrocontroller-Lösung auf Arduino-Basis helfen.
Die Schaltung der Uni Münster für den Tunnelstromregler erwies sich als nicht besonders stabil. Mit Hilfe von am Fachbereich IEM durchgeführten Schaltungssimulationen konnte das Schaltbild optimiert werden, das die Schüler dann auf einer Steckplatine realisierten.

Aktuell liefert das Rastertunnelmikroskop Bilder mit einer Auflösung von ca. 1 Nanometer. Die Schüler wollen in dem laufenden Schuljahr aber noch versuchen, bis auf Atomgitterebene vorzustoßen, was eine Auflösung von < 0,1 Nanometer erfordert.

RTM komplett

Beispielaufnahmen: Oberfläche der metallischen Reflexionsschicht eines DVD-Rohlings (1) und Struktur („Pits“) einer Blu-ray Disk (2):

RTM Aufnahme

RTM Aufnahme Blu ray