Max in Ilmenau: Ανακαλύψτε μοριακά θαύματα με το Cryo STM!

Max in Ilmenau: Ανακαλύψτε μοριακά θαύματα με το Cryo STM!

Μαξ, ένας αφοσιωμένος φοιτητής φυσικής στο TU Ilmenau, ολοκλήρωσε με επιτυχία εκεί το πτυχίο και το μεταπτυχιακό του και μένει στο πανεπιστήμιο για το διδακτορικό του. Νωρίς μετά την αποφοίτησή του από το γυμνάσιο, ανέπτυξε έντονο ενδιαφέρον για τα μαθήματα μηχανικής καθώς και για τα μαθηματικά και τη φυσική. Η επιλογή της τεχνικής φυσικής στο Ilmenau ήταν προφανής, καθώς αυτό το μάθημα συνδυάζει τη μηχανική και την εκπαίδευση φυσικής.

Ο Μαξ είχε ήδη την ευκαιρία να αλληλεπιδράσει με διάφορες ερευνητικές ομάδες κατά τη διάρκεια του πτυχίου του. Ο εκτενής εξοπλισμός και τα σύγχρονα εργαστήρια του έκαναν μόνιμη εντύπωση. Συγκεκριμένα, το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, το Cryo STM, το οποίο αγοράστηκε πρόσφατα το 2021, του έδωσε την ευκαιρία να είναι από τους πρώτους που θα δουλέψουν μαζί του και να ερευνήσουν την πειραματική φυσική σε μοριακό επίπεδο.

Γοητεία με τη σύγχρονη μικροσκοπία

Με το Cryo STM, το οποίο λειτουργεί σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, η Max στοχεύει να συνδυάσει μεθόδους οπτικής φασματοσκοπίας με την ατομική χωρική ανάλυση του μικροσκοπίου. Τον γοητεύει ιδιαίτερα αυτή η δυνατότητα μέτρησης του φωτός από μεμονωμένα μόρια. Τονίζει ότι το TU Ilmenau προσφέρει στους φοιτητές πολύτιμες ευκαιρίες να ασχοληθούν με την έρευνα κατά τη διάρκεια του πτυχίου τους.

Ο Μαξ είχε επίσης πρακτική εμπειρία ως βοηθός μαθητή, όπου ήταν υπεύθυνος για τη θέρμανση δειγμάτων σε εξαιρετικά υψηλό κενό. Συζητά τακτικά με συναδέλφους σε ομαδικές συναντήσεις και παρουσιάζει τρέχουσες δημοσιεύσεις, γεγονός που εμβαθύνει τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα στον τομέα της φυσικής στερεάς κατάστασης και της μελλοντικής ηλεκτρονικής.

Τεχνικό υπόβαθρο μικροσκοπίας σάρωσης σήραγγας

Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) αναπτύχθηκε το 1984 και βασίζεται στο φαινόμενο της κβαντικής μηχανικής σήραγγας. Δύο ηλεκτρικά αγώγιμα ηλεκτρόδια χωρίζονται από ένα λεπτό μονωτικό στρώμα, για παράδειγμα με κενό. Όταν εφαρμόζεται μια τάση, τα ηλεκτρόνια μπορούν να περάσουν από αυτό το φράγμα, δημιουργώντας ένα κλειστό κύκλωμα. Το ρεύμα σήραγγας είναι ένα μέτρο των αποστάσεων μεταξύ του μεταλλικού άκρου, που συχνά είναι κατασκευασμένο από βολφράμιο ή κράμα πλατίνας και ιριδίου, και του δείγματος.

Η ακρίβεια του STM είναι εντυπωσιακή. Η απόσταση μεταξύ του άκρου και του δείγματος είναι τυπικά μόνο 0,1 nm. Κατά τη σάρωση, δημιουργείται ένα προφίλ ύψους του δείγματος, το οποίο διατηρείται σταθερό χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ελεγχόμενης ανάδρασης ενώ το άκρο μετακινείται μέσα στο δείγμα. Αυτή η τεχνική επιτρέπει τον χαρακτηρισμό αγώγιμων επιφανειών υποστρώματος και την αναγνώριση μεμονωμένων μορίων, όπως η φθαλοκυανίνη χαλκού σε μια επιφάνεια χρυσού.

Η μονάδα σαρωτή του μικροσκοπίου χρησιμοποιεί έναν σαρωτή σωλήνων με πιεζοκρύσταλλους, που επιτρέπει την εξαιρετικά ακριβή τοποθέτηση και στις τρεις χωρικές κατευθύνσεις. Το ρεύμα της σήραγγας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την απόσταση από άκρη σε άκρη δείγματος, επιτρέποντας την επίτευξη ατομικής ανάλυσης. Η τεχνική έχει ακόμη και την ικανότητα να κάνει ορατές υπερκατασκευές moiré και προσφέρει ανάλυση z περίπου στη 1 μ.μ.

Η ερευνητική ομάδα του Max στο TU Ilmenau χρησιμοποιεί δύο μικροσκόπια σάρωσης σήραγγας, συμπεριλαμβανομένου ενός STM χαμηλής θερμοκρασίας που ψύχεται με ήλιο, το οποίο είναι γνωστό για τις μοναδικές του δυνατότητες μέτρησης. Ο Max γνωρίζει τα πλεονεκτήματα του σύγχρονου εξοπλισμού. Υπογραμμίζει ιδιαίτερα την ανάκτηση ηλίου και τη λειτουργική υποδομή, που είναι απαραίτητα για την επιτυχή έρευνα.