Das Rastertunnelmikroskop ­– Konzeption eines Virtual-Reality-Experiments

Abstract

Virtual-Reality-Experimente (VRE) stellen realistische 3D-Simulationen naturwissenschaftlicher Versuche dar. Dabei werden vorrangig Experimente umgesetzt, von denen Gefahrenpotentiale ausgehen oder deren Anschaffung für die Schule zu teuer ist. VRE ermöglichen den Schüler:innen zu- dem eine direkte Partizipation durch ihre digitale Verfügbarkeit, wo diese sonst nicht oder nur eingeschränkt möglich wäre. Das Rastertunnelmikroskop (RTM) kann über den Tunneleffekt die Oberflächenstruktur von leitenden Materialien, z. B. von Graphit oder Gold, auf atomarer Ebene visualisieren. Um die aufgenommenen Kristallstrukturen zu interpretieren, kann das Orbitalmodell verwendet werden. Somit bietet das RTM eine einzigartige Möglichkeit, sowohl physikalische Phänomene im Quantenbereich als auch Modelle zu deren Beschreibung zu thematisieren und experimen- tell zu begleiten. Aktuell wird das RTM in der Schule – wenn überhaupt – nur theoretisch behandelt. Gründe dafür sind neben dem hohen Anschaffungspreis die zeitaufwendige Durchführung und die Fehleranfälligkeit aufgrund von äußeren Einflüssen. Somit eröffnet die Realisierung des RTM als virtuelles Versuchslabor ein innovatives Experimentierumfeld, in dem sich Lernende eigenständig mit dieser hochmodernen Thematik beschäftigen und die Quantenwelt im Bereich der Atome entdecken können. Der Beitrag stellt die Konzeption des RTM als VRE vor.