Microscopen bespieden microscopen

Sinds de uitvinding van de scanning tunneling microscoop (STM) in 1982 door Gerd Binnig en Heinrich Rohrer is er een hele familie van zogeheten scanning probe microscopen ontstaan. Bij al deze "microscopen' wordt met een kleine, uiterst scherpe naald het te bestuderen oppervlak van zeer nabij volgens een vast patroon afgetast. De verschillende typen onderscheiden zich van elkaar door de soort wisselwerking die er tussen naaldpunt en oppervlak plaatsvindt: een heel zwak "tunnelstroompje', of een interatomaire, elektrostatische of magnetische kracht.

Uit de positie van de naald en de sterkte van de wisselwerking kan de topografie van het oppervlak tot op minder dan een nanometer (miljoenste millimeter) nauwkeurig worden bepaald. Zelfs atomen en moleculen worden zichtbaar. Een nadeel van dit type microscoop is echter het zeer klein blikveld. Wil men een bepaald punt van een oppervlak bestuderen, dan kost het veel tijd om de naald er precies boven te krijgen. En ook het terugvinden van hetzelfde stukje oppervlak is niet eenvoudig.

In verschillende laboratoria probeert men daarom zo'n ultrascherp kijkende microscoop met klein blikveld te combineren met een wat minder scherp kijkende die een groter blikveld heeft. Zo is op het Laboratorium voor de Technische Fysica van de Rijksuniversiteit Groningen door Ger- Jan van Bakel een scanning tunneling microscoop gecombineerd met een gewone elektronenmicroscoop. Met de laatste kan snel een groot deel van het oppervlak in beeld worden gebracht, zodat vervolgens de STM-naald precies naar het gewenste gebied kan worden gedirigeerd.

Omgekeerd kan de elektronenmicroscoop iets interessants aan het licht brengen, dat dan met de STM veel gedetailleerder kan worden bestudeerd. Het principe van de STM berust op het meten van het heel zwakke stroompje dat tussen de naaldpunt en het oppervlak "tunnelt'. Het opmerkelijke van de gecombineerde opstelling, die vooral gebruikt wordt voor onderzoek aan fouten in kristalroosters, is dat de bundel van de elektronenmicroscoop de STM niet blijkt te storen.

In de vakgroep Toegepaste Optica van de faculteit Technische Natuurkunde van de Universiteit Twente wordt gewerkt aan het vergroten van het blikveld tijdens waarnemingen met een atomic force microscoop (AFM). Deze berust op het meten van de interatomaire krachten tussen naaldpunt en oppervlak. Bij de opstelling die nu wordt gebruikt maakt men voor het vergroten van het blikveld gebruik van een optische microscoop. Ook deze "ziet' waar de naald van de AFM zich bevindt.

Momenteel wordt gewerkt aan het combineren van de AFM met andere soorten optische microscopen, zoals een scannende lasermicroscoop en een fluorescentiemicroscoop. Deze opstellingen zijn vooral bedoeld voor biomedisch onderzoek. De strakke indeling in duidelijk verschillende soorten microscopen gaat in de toekomst steeds meer verdwijnen.

    • George Beekman