Mikroskop dan Teknologi Nano (2)

Mikroskop dan Teknologi Nano (2)
Oleh Dr. Ratno Nuryadi
Scanning Probe Microscope (SPM)
Scanning probe microscope, yang sering disingkat dengan nama SPM, adalah generasi baru mikroskop sesudah mikroskop elektron. SPM mempunyai kualitas yang menakjubkan, yaitu resolusi tinggi baik pada arah horisontal maupun vertikal sehingga memungkinkan untuk melihat struktur sekecil atom. Apa itu resolusi? Resolusi adalah seberapa pendek jarak antara 2 titik berdekatan yang bisa dilihat oleh mikroskop. Itulah sebabnya, resolusi merupakan parameter penting yang menentukan kualitas mikroskop. Mikroskop elektron mempunyai resolusi yang tinggi secara horizontal, tetapi resolusinya rendah pada arah vertical. Sedangkan pada dunia level atom, atom sendiri berdimensi tiga (koordinat X, Y dan Z), sehingga untuk observasi pada level atom diperlukan resolusi tinggi baik pada arah horizontal maupun vertikal. Nah, disinilah letak kelebihan SPM dibanding mikroskop elektron.

Gambar 1. STM image dari permukaan silicon (111).
SPM mulai dilirik dan dikembangkan oleh para ilmuwan sejak ditemukannya SNOM (Scanning Near-filed Optical Microscope) pada tahun 1972. Meskipun saat itu struktur dengan ukuran level atom belum bisa dilihat, tetapi ide teknologi scanning sendiri menjadi teknologi baru yang unik dan menarik. Berita yang menggemparkan dunia sains hasil dari pengembangan teknologi ini adalah ketika deretan atom silicon benar-benar terlihat dengan mikroskop jenis ini, yaitu oleh dua ilmuwan dari IBM (Gerd Binnig dan Heinrich Rohrer) pada tahun 1982. Sesuai dengan prinsip kerjanya, yaitu bekerja atas dasar kontrol lompatan arus listrik (tunnel current) antara sampel dan cantilever (tip), mikroskop ini kemudian diberi nama Scanning Tunneling Microscope, atau sering disingkat STM. Atas prestasinya ini, penemu STM ini mendapatkan penghargaan Nobel Fisika pada tahun 1986.
Generasi sesudah STM yang tidak kalah popular adalah Atomic Force Microscope (AFM) yang bekerja atas dasar kontrol gaya antar atom di permukaan sampel dan cantilever. AFM dikembangkan oleh Binnig, Quate dan Gerber pada tahun 1986. Tahun 1992, SNOM mengalami kemajuan dahsyat dalam resolusinya yang mencapai seper 40 panjang gelombang cahaya.

Gambar 2. Heinrich Rohrer dan Gerd Binnig, peraih Nobel Fisika 1986 atas prestasinya menemukan STM.
SPM mempunyai prinsip kerja yang berbeda baik kalau dilihat dari jenis mikroskop SEM (Scanning Electron Microscope) maupun TEM (Transmission Electron Microscope). Prinsip kerja SPM adalah dengan mendeteksi tunnel current (arus listrik yang sangat lemah disebabkan lompatan elektron antara sampel dan cantilever) atau gaya antar atom (gaya tarik/tolak), kemudian bersamaan dengan kontrol parameter tersebut agar selalu konstan, permukaan sampel discan untuk melihat struktur bersekala atom. Dengan metode ini, SPM mempunyai resolusi yang tinggi baik pada arah horizontal maupun vertikal. Sekarang, SPM telah banyak sekali mengalami pengembangan, yang tidak hanya untuk melihat morfologi permukaan, tetapi juga bisa untuk mendeteksi medan magnet, potensial dan parameter fisika lainnya di permukaan sampel. Itulah sebabnya, mikroskop tipe ini banyak diaplikasikan dalam riset teknologi nano.
Penulis adalah staf P3TM BPPT, aktif juga sebagai peneliti di ISTECS (Institute for Science and Technology Studies) bidang kajian Nanoteknologi, dan menjabat sebagai Ketua ISTECS chapter Jepang.