1.4.1 Bewegung mit Piezokristallen

Allen Rastersondenmethoden ist gemeinsam, dass sie eine Messsonde mit atomarer Präzision positionieren können. Dieses kleine Wunder gelingt mit Motoren aus Piezokristallen. Solche Kristalle lassen sich mit einer elektrischen Spannung kontrolliert verformen. Es gibt zwei Sorten solcher Nanomotoren: Sogenannte "Walker" zur Grobjustierung und "Röhrenscanner" für kleinere, noch präzisere Bewegungen.

1.4.2 Der Walker

Ein "Walker" ist eine Röhre, in der kleine Piezo-Beinchen befestigt sind. Diese Beinchen halten einen Saphirstab mit dreieckigem Querschnitt fest. Für jeden Schritt, den der Motor macht, werden zuerst alle Piezo Beinchen nacheinander ausgelenkt. Anschließend kehren sie alle gleichzeitig in ihre Ruhelage zurück und tragen den Saphir so ein Stück voran.

1.4.4 Der Röhrenscanner

Das Herz eines Rastersondenmikroskops ist der Röhrenscanner. Er besteht aus einem Piezo-Kristall in Form einer Röhre, die eine Innenelektrode und eine in vier Quadranten aufgeteilte Außenelektrode hat. Durch eine elektrische Spannung zwischen der Innen- und allen vier Außenelektroden wird die Röhre gestreckt oder gestaucht. Die vier Außenelektroden können aber auch unterschiedliche Spannungen zur Innenelektrode haben. So kann eine Seite des Scanners gedehnt und die andere Seite gestaucht werden, wodurch sich der Scanner verbiegt. Auf diese Weise von elektrischen Spannungen gesteuert, können die

Messsonde oder die Probe auf den Bruchteile eines Atomdurchmessers genau positioniert werden, und zwar in allen drei Raumrichtungen.

1.4.5 Schwingungsisolation

Messungen mit atomarer Präzision sind natürlich nur möglich, wenn die Mikroskope absolut erschütterungsfrei aufgehängt sind. Ohne Schwingungsisolation würden schon die Schritte des Experimentators oder ein vor dem Haus vorbeifahrendes Auto eine Messung stören.