Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie von Molekül- und Festkörper-Systemen

Institut für Angewandte Physik

Mittels Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie kann man einzelne Atome oder Moleküle, die auf Festkörperoberflächen adsorbiert sind, ansehen, verändern und spektroskopisch untersuchen. Dabei wird die zu untersuchende Probe im Ultrahochvakuum (p < 10-10 mbar) mit einer atomar feinen Spitze auf einer Fläche von einigen Nanometern bis Mikrometern im Abstand von wenigen Angström abgetastet. Durch eine zwischen der Spitze und Probe angelegten Spannung fließt dabei aufgrund des quantenmechanischen Tunneleffekts ein Strom typischerweise im Bereich von Pico- bis Nanoampère. Der gemessene Tunnelstrom in Abhängigkeit der angelegten Spannung, die zentrale Messgröße, ist ein direktes Maß der lokalen elektronischen Zustandsdichte der Atome oder Moleküle. Um physikalische Phänomene, wie z. B. Magnetismus, mit charakteristischen Energie-Skalen im meV-Bereich untersuchen zu können, werden dabei Temperaturen von 1 Kelvin benötigt.

Die in der Abbildung gezeigte Anlage ermöglicht Rastertunnelspektroskopie im Ultrahochvakuum bei einer Temperatur von 1,2 Kelvin. Die Hauptkomponente der Anlage ist ein Kryostat, der durch ein Stickstoff- und Heliumbad, und Ausnutzung des Joule-Thomson-Effekts das Rastertunnelmikroskop auf die Basistemperatur abkühlt. Weiterhin gibt es zwei Präparationskammern, worin im Ultrahochvakuum dünne Schichten verschiedener Materialien auf Festkörperoberflächen oder Spitzen aufgewachsen werden können. Die gesamte Anlage ruht auf vier Luftdämpfungsfüßen und ist wegen der überschaubaren Größe für eine vergleichsweise einfache Handhabung ausgelegt.

Ansprechpartner:

Dr. Jens Wiebe | jwiebe~AT~physnet.uni-hamburg.de