Makss Ilmenau: atklājiet molekulāros brīnumus ar Cryo STM!

Makss Ilmenau: atklājiet molekulāros brīnumus ar Cryo STM!

Makss, speciālais fizikas students TU Ilmenau, veiksmīgi tur pabeidza bakalaura un maģistra grādus un paliek universitātē doktorantūrā. Agri pēc vidusskolas beigšanas viņam radās liela interese par inženierzinātņu kursiem, kā arī matemātiku un fiziku. Ilmenavā tehniskās fizikas izvēle bija acīmredzama, jo šajā kursā ir apvienota inženierzinātņu un fizikas apmācība.

Maksam jau bakalaura studiju laikā bija iespēja sadarboties ar dažādām pētniecības grupām. Plašais aprīkojums un modernās laboratorijas atstāja uz viņu paliekošu iespaidu. Jo īpaši skenējošais tunelēšanas mikroskops Cryo STM, kas tika nesen iegādāts 2021. gadā, deva viņam iespēju vienam no pirmajiem strādāt ar to un pētīt eksperimentālo fiziku molekulārā līmenī.

Aizraušanās ar moderno mikroskopiju

Ar Cryo STM, kas darbojas ārkārtīgi zemā temperatūrā, Max mērķis ir apvienot optiskās spektroskopijas metodes ar mikroskopa atomu telpisko izšķirtspēju. Viņu īpaši fascinē šī iespēja izmērīt gaismu no atsevišķām molekulām. Viņš uzsver, ka TU Ilmenau piedāvā studentiem vērtīgas iespējas bakalaura studiju laikā iesaistīties pētniecībā.

Maksam bija arī praktiskā pieredze kā studenta asistentam, kur viņš bija atbildīgs par paraugu sildīšanu īpaši augstā vakuumā. Viņš regulāri apspriežas ar kolēģiem grupu sanāksmēs un prezentē aktuālās publikācijas, kas padziļina viņa pētnieciskās intereses cietvielu fizikas un nākotnes elektronikas jomā.

Skenējošās tunelēšanas mikroskopijas tehniskais pamats

Skenējošā tunelēšanas mikroskopija (STM) tika izstrādāta 1984. gadā, un tās pamatā ir kvantu mehāniskā tunelēšanas efekts. Divus elektriski vadošus elektrodus atdala plāns izolācijas slānis, piemēram, vakuums. Kad tiek pielikts spriegums, elektroni var šķērsot šo barjeru, veidojot slēgtu ķēdi. Tunelēšanas strāva ir attāluma mērs starp metāla galu, kas bieži izgatavots no volframa vai platīna un irīdija sakausējuma, un paraugu.

STM precizitāte ir iespaidīga. Attālums starp galu un paraugu parasti ir tikai 0,1 nm. Skenēšanas laikā tiek izveidots parauga augstuma profils, kas tiek uzturēts nemainīgs, izmantojot atgriezeniskās saites sistēmu, kamēr uzgalis tiek pārvietots pa paraugu. Šis paņēmiens ļauj raksturot vadošās substrāta virsmas un identificēt atsevišķas molekulas, piemēram, vara ftalocianīnu uz zelta virsmas.

Mikroskopa skenera blokā tiek izmantots cauruļu skeneris ar pjezo kristāliem, kas nodrošina ārkārtīgi precīzu pozicionēšanu visos trīs telpiskajos virzienos. Tunelēšanas strāva ir ļoti atkarīga no attāluma no gala līdz paraugam, kas ļauj sasniegt atomu izšķirtspēju. Šī tehnika pat spēj padarīt redzamas muarē virsbūves, un tā piedāvā z izšķirtspēju aptuveni 13:00.

Maksa pētniecības grupa TU Ilmenau izmanto divus skenējošos tunelēšanas mikroskopus, tostarp ar hēliju dzesētu zemas temperatūras STM, kas ir pazīstama ar savām unikālajām mērīšanas iespējām. Makss apzinās mūsdienu aprīkojuma priekšrocības. Viņš īpaši izceļ hēlija atgūšanu un funkcionālo infrastruktūru, kas ir būtiskas veiksmīgai pētniecībai.