Revolutionaire microscopie: nieuwe procedure ontdekt verborgen structuren!

Revolutionaire microscopie: nieuwe procedure ontdekt verborgen structuren!

Een onderzoeksteam van Universiteit van Munster heeft innovatieve medische procedures ontwikkeld voor het onderzoeken van materialen. Onder leiding van professor dr. Anika Schlenhoff en dr. Maciej Bazarnik testten ze een verbeterde meetmethode in scanning tunneling microscopie (RTM). De nadruk ligt op de structurele en magnetische analyse van ultradunne films, met name een laag magnetisch ijzer verborgen onder een laag grafeen.

Conventionele scanning tunneling microscopie is gewoonlijk beperkt tot de bovenste atomaire laag van een monster en maakt gebruik van elektronische toestanden die zich op het monsteroppervlak bevinden. De nieuwe procedure heft deze beperking echter op. Hiermee kunnen onderzoekers kijken naar omstandigheden die zich vóór het oppervlak en in het monster zelf voordoen. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van elektronische ladingsoverdracht op verborgen interfaces.

Technologische innovatie door middel van scanning tunneling microscopie

De scanning tunneling microscoop bevat een fijne punt die over het monster wordt bewogen. Wanneer er spanning wordt aangelegd, ontstaat er een meetbare tunnelstroom tussen de punt en het elektrisch geleidende monster. Deze innovatieve techniek, die gebaseerd is op het kwantummechanische tunneleffect, maakt het mogelijk om afbeeldingen te maken van oppervlakken met dezelfde dichtheid aan elektronentoestanden. De onderzoekers melden dat de toestanden die voor het oppervlak liggen, in het monster doordringen en door interactie met de ijzerlaag magnetische eigenschappen aannemen.

De ruimtelijke resolutie van de nieuwe methode maakt een gedetailleerde analyse van de toplaag en de onderliggende grenslagen mogelijk. Wat vooral opvalt is dat het verschillen onthult in de verticale stapelvolgorde van de koolstofatomen van grafeen vergeleken met de ijzeratomen. Deze specifieke verschillen konden niet worden gedecodeerd met behulp van conventionele scanning-tunnelingmicroscopie, zoals uit de onderzoeken blijkt.

De scanning tunneling microscoop wordt niet alleen gebruikt om de lokale elektronische structuur te analyseren, maar ook om scanning tunneling spectroscopie uit te voeren, waarbij de energetische posities van de oppervlaktetoestanden worden geanalyseerd. Wikipedia beschrijft dat tunnelstromen doorgaans tussen 1 pA en 10 nA liggen en afhankelijk zijn van verschillende parameters, zoals de werkfunctie van de elektronen. Bovendien zijn technieken zoals thermische, akoestische en mechanische isolatie vereist om de afstand tussen tip en monster te stabiliseren.

Het belang van onderzoek

De huidige studie, gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano, zou verreikende implicaties kunnen hebben voor de materiaalkunde en nanotechnologie. Armin B. en Heinrich Rohrer, de pioniers van deze technologie, hebben sinds 1986 erkenning gekregen voor hun werk op het gebied van scanning-tunnelingmicroscopie nadat ze de Nobelprijs voor de natuurkunde hadden gewonnen. Hun oorspronkelijke ontwikkeling van de scanning tunneling microscoop maakte de weg vrij voor tal van innovatieve toepassingen.

Scanning-tunnelingmicroscopie heeft zichzelf bewezen als een onmisbaar hulpmiddel in de oppervlaktefysica en -chemie. Ze biedt diepgaande inzichten in atomaire processen en heeft geholpen bij het illustreren van de kwantummechanica, waaronder het creëren en meten van kwantumcorrals in de jaren negentig. Deze nieuwste ontwikkelingen aan de Universiteit van Münster zouden de grenzen kunnen verleggen van wat voorheen mogelijk was op het gebied van nanotechnologie en nieuwe onderzoeksbenaderingen kunnen openen die verder gaan dan de huidige analytische methoden.