Motivation

Die scanning probe microscopy (SPM) hat sich seit den ersten Versuchen vor etwas mehr als 20 Jahren zu einer der wichtigsten Messmethoden der heutigen Naturwissenschaften entwickelt (siehe Colloquium mit Dr. G. Binning vom 23. April 1982). Mit dieser Methode können heute Materialoberflächen mit atomarer Auflösung abgebildet werden (das Portal www.nano-world.org bietet ein interaktives Lernmodul zum Thema Einführung in die scanning probe microscopy an).

Weshalb diese Messmethode überhaupt atomare Auflösung ermöglicht ist noch nicht in allen Details vollständig geklärt. Die Grössenverhältnisse machen dies deutlich: wenn die einzelnen Atome die Grösse von Ping-Pong Bällen hätten, wäre die Messspitze von der Grösse des Matterhorns.
Was beim Messvorgang auf atomarer Stufe genau vor sich geht, lässt sich experimentell kaum feststellen. Man müsste sozusagen den Messvorgang eines SPM mit einem zweiten SPM untersuchen können, was aber sehr schwierig wäre. Hier sind also andere Untersuchungsmethoden gefragt. Eine Möglichkeit besteht darin, für die Abläufe zwischen Spitze und Probe theoretische Modelle zu erstellen. Solche Modelle können anschliessend in Computersimulationen getestet und die Resultate mit realen Messungen verglichen werden.

Simulationen ermöglichen auch, einzelne Faktoren (z.B. einzelne Kräfte) isoliert zu betrachten. Bei realen Messungen ist oft unklar, welche Faktoren für welche Phänomene verantwortlich sind. Zudem wird die reale Messung durch Kontaminationen (Fremdpartikel, Wasser) beeinflusst.