Max, ein engagierter Physik-Student an der TU Ilmenau, hat seinen Bachelor und Master dort erfolgreich abgeschlossen und bleibt für seine Promotion an der Universität. Schon früh nach dem Abitur entwickelte er ein starkes Interesse für Ingenieurstudiengänge sowie für Mathematik und Physik. Die Wahl für Technische Physik in Ilmenau war naheliegend, da dieser Studiengang Ingenieurwissenschaften und physikalische Ausbildung vereint.
Max hatte bereits während seines Bachelorstudiums die Möglichkeit, mit verschiedenen Forschungsgruppen zu interagieren. Die umfangreiche Ausstattung und die modernen Labore beeindruckten ihn nachhaltig. Insbesondere das im Jahr 2021 neu angeschaffte Rastertunnelmikroskop, das Cryo STM, bot ihm die Gelegenheit, als einer der Ersten damit zu arbeiten und experimentelle Physik auf molekularer Ebene zu erforschen.
Faszination für moderne Mikroskopie
Mit dem Cryo STM, das bei extrem niedrigen Temperaturen funktioniert, verfolgt Max das Ziel, optische Spektroskopie-Methoden mit der atomaren räumlichen Auflösung des Mikroskops zu kombinieren. Diese Möglichkeit, Licht aus einzelnen Molekülen zu messen, fasziniert ihn besonders. Er hebt hervor, dass die TU Ilmenau Studierenden wertvolle Chancen bietet, bereits während des Bachelors in die Forschung eingebunden zu werden.
Max hatte auch praktische Erfahrungen als HiWi, wo er für eine Probenheizung im Ultrahochvakuum verantwortlich war. In Gruppentreffen diskutiert er regelmäßig mit Mitarbeitern und präsentiert aktuelle Publikationen, was seine Forschungsinteressen im Bereich der Festkörperphysik und der zukünftigen Elektronik vertieft.
Technische Hintergründe der Rastertunnelmikroskopie
Die Rastertunnelmikroskopie (STM) wurde 1984 entwickelt und beruht auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt. Zwei elektrisch leitende Elektroden werden durch eine dünne isolierende Schicht, beispielsweise Vakuum, getrennt. Wenn eine Spannung angelegt wird, können Elektronen über diese Barriere tunneln, was einen geschlossenen Stromkreis erzeugt. Der Tunnelstrom ist dabei ein Maß für die Abstände zwischen der Metallspitze, häufig aus Wolfram oder einer Legierung aus Platin und Iridium, und der Probe.
Die Präzision des STM ist beeindruckend. Der Abstand zwischen der Spitze und der Probe beträgt typischerweise nur 0,1 nm. Während der Rasterung wird ein Höhenprofil der Probe erstellt, das mittels eines feedbackgesteuerten Systems konstant gehalten wird, während die Spitze durch die Probe bewegt wird. Diese Technik ermöglicht die Charakterisierung von leitenden Substratoberflächen und die identifikation einzelner Moleküle, wie beispielsweise Kupfer-Phthalocyanin auf einer Goldoberfläche.
Die Scannereinheit des Mikroskops nutzt einen Röhrchenscanner mit Piezo-Kristallen, die eine äußerst präzise Positionierung in alle drei Raumrichtungen ermöglicht. Der Tunnelstrom hängt stark vom Abstand zwischen Spitze und Probe ab, wodurch eine atomare Auflösung erreicht werden kann. Die Technik hat sogar die Möglichkeit, Moiré-Überstrukturen sichtbar zu machen und bietet eine z-Auflösung von etwa 1 pm.
In der Forschungsgruppe von Max an der TU Ilmenau kommen zwei Rastertunnelmikroskope zum Einsatz, darunter ein Helium-gekühltes Tieftemperatur-STM, das für seine einzigartigen Messmöglichkeiten bekannt ist. Max ist sich der Vorteile des modernen Equipments bewusst. Er hebt besonders die Helium-Rückgewinnung und die funktionelle Infrastruktur hervor, die für erfolgreiche Forschungsarbeiten unerlässlich sind.
