Neues Verfahren zur Abbildung von elektrischen Potenzialfeldern
Wissenschaft und Forschung müssen häufig in die kleinsten Teile von Materialien eintauchen, um etwas über das System und die Eigenschaften erfahren zu können. Gerade der Aufbau und die Eigenschaften von Materialien sind ausschlaggebend, um sie zum Beispiel in der modernen Informationstechnologie verwenden zu können.
Sogenannte elektrische Potenzialfelder von Materialien sind physikalische Größen, die das Team rund um Dr. Ruslan Temirov, Mitarbeiter im Peter Grünberg Institut, Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3) und Leiter der Nachwuchsgruppe „Complex Transport Regimes in Low Temperature Scanning Tunnelling Microscopy“, besonders interessieren. Gemeinsam mit seinem Team entwickelte der Wissenschaftler die Raster-Quantenpunkt-Mikroskopie. Bei diesem Verfahren wird ein einzelnes Molekül an die Spitze des Rasterkraftmikroskops geheftet, das zum Abtasten der elektrischen Felder dient. Dieses Molekül wird auch Quantenpunkt genannt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungsmethode sind besonders hochauflösende Aufnahmen elektrischer Potenzialfelder.
Die Untersuchung mit Rasterkraftmikroskopen lieferte bisher Aufnahmen mit geringerer Auflösung, da bei der üblichen Vorgehensweise die gesamte Spitze zum Abtasten der Probe genutzt wurde. Grund für die Unschärfe ist das ungleiche Größenverhältnis von Spitze und Probe. Durch die Nutzung eines Moleküls an der Spitze des Mikroskops wird dieses Ungleichgewicht aufgebrochen, da nun die Fläche nur noch 38 Atome klein ist.
Der Quantenpunkt funktioniert bei der Untersuchung wie eine Waage. Ein Ausschlag in die eine beziehungsweise in die andere Richtung bedeutet die An- oder Abwesenheit eines zusätzlichen Elektrons. Ausgelöst wird der Ausschlag durch das Überspringen oder nicht Überspringen des Elektrons auf das Molekül. Auf diese Weise können die elektrischen Felder von Materialien berührungsfrei abgemessen werden. Die Ergebnisse stehen zudem in 3D zur Verfügung.
Für verschiedene Forschungsbereiche bietet das neue Untersuchungsverfahren große Chancen. Nicht nur für die Erforschung von Halbleiterstrukturen für elektronische Bauelemente, sondern für alle rauen Oberflächen wie etwa Biomoleküle ist eine Anwendung möglich. Bisher benötigt die Raster-Quantenpunkt-Mikroskopie ein Vakuum und eine kalte Umgebung, um das Molekül stabil an der Spitze zu halten. Zukünftig ist jedoch auch eine Nutzung bei Raumtemperatur denkbar.
Das Peter Grünberg Institut, Functional Nanostructures at Surfaces (PGI-3) am Forschungszentrum Jülich wird geleitet durch JARA-FIT Mitglied Prof. Stefan Tautz.
Das Verfahren erhielt, durch eine Veröffentlichung in den Physical Review Letters, bereits Anerkennung in der einschlägigen Fachpresse.
Weitere Details stehen auf der Website des Forschungszentrum Jülich zu Verfügung.