Learning the physics of a scanning tunnelling microscope using a computer program

Abstract

The Scanning Tunneling Microscope (STM) Simulator is an interactive computer program designed specifically for pedagogical purposes, to enable students to learn how an STM works. The program is not designed to substitute a real STM, but rather to give students an insight into the physics of the STM. The program allows the student to start with any real STM image of a sample, taken elsewhere, observe the cross sectional profile of the sample surface along any direction, and relate it to the measured tunnelling current from the STM's probe tip. While the program does not give any quantitatively useful results pertaining to the specific sample that is being observed, it demonstrates how the concepts of potential energy diagrams, wavefunctions and tunnelling probability can be applied to understand the STM. No knowledge of higher-level mathematics is required to use the program, which is available on the and platforms. The flexibility of the program allows it to be used by students over a range of academic levels.Zusammenfassung. Das Scanning Tunneling Microscope (STM) Simulator ist ein interaktives Computerprogramm, das ausdrücklich für pedagogical Zwecke entworfen wird, um Studenten zu ermöglichen zu lernen, wie ein STM funktioniert. Das Programm wird entworfen um ein wirkliches STM einzusetzen, aber um Studenten einen Einblick in die Physik des STM zu geben. Das Programm erlaubt, daß der Student mit einem wirklichen STM Bild, das anderswo genommen wird, anfangt, das Profil der Probenoberfläche entlag irgendeiner Richtung zu beobacgten, um es danumit dem, gemessen Tunnelstrom von der Spitze des STM in Beziehung zu setzu Während das Programm nicht quantitativ nützlichen Ergebnisse gibt, die die spezifische Probe betreffen, die beobachtet wird, vorführt es ver wie Potentiel Energie Diagramme, Wellen Funktionen, und Tunnelwahrscheinlichkeiten verwendet weden können, um STM zu verstehen. Keine Kenntnis höherer ebener Mathematik wird erfordert, um das Programm zu benutzen. Das Programm lauft auf Windows und Macintosh Plattfromen. Die Flexibilität des Programms erlaubt, daß es von Studenten aller Jahrgäuge benutzt wird.