Max in Ilmenau: Objevte molekulární zázraky s Cryo STM!

Max in Ilmenau: Objevte molekulární zázraky s Cryo STM!

Max, oddaný student fyziky na TU Ilmenau, tam úspěšně dokončil bakalářské a magisterské studium a na univerzitě zůstává na doktorát. Brzy po absolvování střední školy se začal zajímat o inženýrské kurzy a také o matematiku a fyziku. Volba technické fyziky v Ilmenau byla zřejmá, protože tento kurz kombinuje inženýrskou a fyzikální přípravu.

Max měl již během svého bakalářského studia možnost komunikovat s různými výzkumnými skupinami. Rozsáhlé vybavení a moderní laboratoře na něj udělaly trvalý dojem. Zejména rastrovací tunelový mikroskop Cryo STM, který byl nově zakoupen v roce 2021, mu dal příležitost jako jeden z prvních s ním pracovat a zkoumat experimentální fyziku na molekulární úrovni.

Fascinace moderní mikroskopií

S Cryo STM, který pracuje při extrémně nízkých teplotách, se Max snaží spojit metody optické spektroskopie s atomárním prostorovým rozlišením mikroskopu. Fascinuje ho především tato možnost měření světla z jednotlivých molekul. Zdůrazňuje, že TU Ilmenau nabízí studentům cenné příležitosti, jak se zapojit do výzkumu během jejich bakalářského studia.

Max měl také praktické zkušenosti jako studentský asistent, kde byl zodpovědný za ohřev vzorků v ultra vysokém vakuu. Pravidelně diskutuje s kolegy na skupinových setkáních a prezentuje aktuální publikace, což prohlubuje jeho výzkumné zájmy v oblasti fyziky pevných látek a budoucí elektroniky.

Technické zázemí rastrovací tunelové mikroskopie

Skenovací tunelovací mikroskopie (STM) byla vyvinuta v roce 1984 a je založena na efektu kvantově mechanického tunelování. Dvě elektricky vodivé elektrody jsou odděleny tenkou izolační vrstvou, například vakuovou. Když je přivedeno napětí, mohou elektrony tunelovat přes tuto bariéru a vytvářet uzavřený okruh. Tunelový proud je mírou vzdálenosti mezi kovovým hrotem, často vyrobeným z wolframu nebo slitiny platiny a iridia, a vzorkem.

Přesnost STM je působivá. Vzdálenost mezi hrotem a vzorkem je typicky pouze 0,1 nm. Během skenování se vytváří výškový profil vzorku, který je udržován konstantní pomocí systému řízeného zpětnou vazbou, zatímco se hrot pohybuje vzorkem. Tato technika umožňuje charakterizaci vodivých povrchů substrátů a identifikaci jednotlivých molekul, jako je ftalocyanin mědi na zlatém povrchu.

Skenerová jednotka mikroskopu využívá trubicový skener s piezokrystaly, který umožňuje extrémně přesné polohování ve všech třech prostorových směrech. Tunelovací proud silně závisí na vzdálenosti mezi hrotem a vzorkem, což umožňuje dosažení atomového rozlišení. Technika má dokonce schopnost zviditelnit moaré nástavby a nabízí z-rozlišení kolem 13 hodin.

Maxova výzkumná skupina na TU Ilmenau používá dva rastrovací tunelové mikroskopy, včetně héliem chlazeného nízkoteplotního STM, který je známý pro své jedinečné možnosti měření. Max si je vědom výhod moderního vybavení. Vyzdvihuje zejména obnovu helia a funkční infrastrukturu, které jsou nezbytné pro úspěšný výzkum.