Multifunktionsger?te wie das Schweizer Taschenmesser oder das Smartphone erfreuen sich weltweit gro?er Beliebtheit. Für den Bereich der atomaren Messung wurde jetzt ein vergleichbares Werkzeug entwickelt, eine Vorrichtung, die drei Aufgaben gleichzeitig bew?ltigen kann: Es bildet Atome ab; es kartographiert atomare Landschaften auf metallischen und isolierenden Oberfl?chen; und es zeichnet Str?me auf, die durch atomar dünne Materialien flie?en. Die Physiker Dr. Julian Berwanger und Prof. Dr. Franz J. Gie?ibl von der Universit?t Regensburg haben zusammen mit Kollegen aus Südkorea und der Schweiz das Team des National Institute of Standards and Technology (NIST) – Fellows Dr. Joseph Stroscio in Gaithersburg, Maryland (USA), bei der Entwicklung eines neuartigen Instruments unterstützt, das drei Spielarten atomarer Messungen gleichzeitig bew?ltigt.
Durch die Verbindung der drei Messmethoden erhoffen sich die Forscher Erkenntnisse über Materialien, die künftig zum Beispiel in Quantencomputern oder in der Telekommunikation zum Einsatz kommen k?nnten. Um diese sogenannten Quantenmaterialien genauer untersuchen zu k?nnen, integrierte das Forscherteam ein kompaktes Rasterkraftmikroskop und ein Ger?t zur Messung des magnetischen Quantentransports in ein bestehendes Rastertunnelmikroskop. Prof. Dr. Franz Gie?ibl hat das Entwicklerteam mit seiner Expertise auf dem Gebiet der Rasterkraftmikroskopie unterstützt und den von ihm erfundenen Kraftsensor mit der atomar scharfen Messspitze für das neuartige Messinstrument weiterentwickelt.
Wenn das Dreifachger?t zum Einsatz kommt, befindet es sich – inklusive der zu untersuchenden Probe – in einem Kryostaten und wird auf eine Temperatur von -273,14°C abgekühlt, was nur 0,01 Grad w?rmer als der absolute Temperaturnullpunkt ist. Bei dieser Temperatur sind die thermischen Zitterbewegungen der Atome minimiert, sodass Quanteneffekte st?rungsfrei beobachtet werden k?nnen. Die drei Messungen k?nnten grunds?tzlich auch nacheinander in separat stehenden Ger?ten durchgeführt werden: ?Doch in dem Moment, wo man die Probe aus dem einen Instrument aus- und in das n?chste wieder einbaut, verursacht man eine St?rung und die Analyse ist weit weniger pr?zise“ erl?utert Dr. Stroscio und erg?nzt: ?Der Vorteil des Three-in-One-Ger?ts ist au?erdem, dass bei allen drei Messungen die exakt gleichen Bedingungen herrschen und die Ergebnisse daher besser vergleichbar sind.“
Den detaillierten Bauplan des neuartigen Ger?ts zur Dreifachmessung hat die Forschergruppe des NIST Anfang Juli in der Fachzeitschrift ?Review of Scientific Instruments“ ver?ffentlicht. Mit Hilfe dieser Vorlage k?nnen auch andere Forscherinnen und Forscher ihre Rastermikroskope aufrüsten. ?百利宫_百利宫娱乐平台￥官网e internationale Kooperation hat ein weltweit einzigartiges Instrument erm?glicht, von welchem spannende Impulse für die Quantenforschung erwartet werden“, erkl?rt Prof. Dr. Franz Gie?ibl.
Originalpublikation
J. Schwenk, S. Kim, J. Berwanger, F. Ghahari, D. Walkup, M.R. Slot, S.T. Le, W.G. Cullen, S.R. Blankenship, S. Vranjkovic, H.J. Hug, Y. Kuk, F.J. Giessibl and J.A. Stroscio. Achieving ueV tunneling resolution in an in-operando STM, AFM, and Magnetotransport System for Quantum Materials Research. Review of Scientific Instruments. Ver?ffentlicht am 6. Juli 2020. DOI: 10.1063/5.0005320
Weiterführende Links
- Mehr Informationen zum NIST-Mikroskop in der Pressemitteilung des NIST
- Originalpublikation DOI: 10.1063/5.0005320
- Lehrstuhl für Quanten-Nanowissenschaft (Prof. Dr. Franz Gie?ibl)
Foto: ? NIST