Revolutionær mikroskopi: Ny procedure opdager skjulte strukturer!

Revolutionær mikroskopi: Ny procedure opdager skjulte strukturer!

Et forskerhold fra Universitetet i Münster har udviklet innovative medicinske procedurer til undersøgelse af materialer. Under ledelse af professor Dr. Anika Schlenhoff og Dr. Maciej Bazarnik testede en forbedret målemetode i scanning tunneling microscopy (RTM). Fokus er på den strukturelle og magnetiske analyse af ultratynde film, specifikt et lag af magnetisk jern skjult under et lag af grafen.

Konventionel scanningstunnelmikroskopi er normalt begrænset til det øverste atomlag af en prøve og bruger elektroniske tilstande placeret på prøveoverfladen. Den nye procedure fjerner imidlertid denne begrænsning. Det giver forskere mulighed for at se på forhold, der eksisterer foran overfladen og i selve prøven. Dette åbner op for nye muligheder for at studere elektronisk ladningsoverførsel ved skjulte grænseflader.

Teknologisk innovation gennem scanning tunneling mikroskopi

Scanningstunnelmikroskopet indeholder en fin spids, der flyttes hen over prøven. Når der påføres spænding, skabes en målbar tunnelstrøm mellem spidsen og den elektrisk ledende prøve. Denne innovative teknik, som er baseret på den kvantemekaniske tunneleffekt, gør det muligt at skabe billeder af overflader med samme tæthed af elektrontilstande. Forskerne rapporterer, at de tilstande, der ligger foran overfladen, trænger ind i prøven og påtager sig magnetiske egenskaber gennem interaktion med jernlaget.

Den rumlige opløsning af den nye metode tillader en detaljeret analyse af det øverste lag og de underliggende grænselag. Det, der er særligt bemærkelsesværdigt, er, at det afslører forskelle i den vertikale stablingssekvens af carbonatomerne i grafen sammenlignet med jernatomerne. Disse specifikke forskelle kunne ikke være blevet afkodet ved hjælp af konventionel scanningstunnelmikroskopi, som undersøgelserne viser.

Scanning tunneling mikroskopet bruges ikke kun til at analysere den lokale elektroniske struktur, men også til at udføre scanning tunneling spektroskopi, som analyserer de energetiske positioner af overfladetilstandene. Wikipedia beskriver, at tunnelstrømme typisk ligger mellem 1 pA og 10 nA og afhænger af forskellige parametre såsom elektronernes arbejdsfunktion. Derudover kræves teknikker som termisk, akustisk og mekanisk isolering for at stabilisere spids-prøveafstanden.

Vigtigheden af ​​forskning

Denne undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano, kan have vidtrækkende konsekvenser for materialevidenskab og nanoteknologi. Armin B. og Heinrich Rohrer, pionererne inden for denne teknologi, har modtaget anerkendelse for deres arbejde med scanning tunneling mikroskopi siden 1986 efter at have vundet Nobelprisen i fysik. Deres oprindelige udvikling af scanningstunnelmikroskopet banede vejen for adskillige innovative applikationer.

Scanning tunneling mikroskopi har etableret sig som et uundværligt værktøj inden for overfladefysik og kemi. Hun giver dyb indsigt i atomare processer og har hjulpet med at illustrere kvantemekanik, herunder skabelse og måling af kvantekoraller i 1990'erne. Disse seneste udviklinger på universitetet i Münster kan yderligere skubbe grænserne for, hvad der tidligere har været muligt inden for nanoteknologi og åbne op for nye forskningstilgange, der går ud over de nuværende analytiske metoder.