Max in Ilmenau: Ontdek moleculaire wonderen met de Cryo STM!

Max in Ilmenau: Ontdek moleculaire wonderen met de Cryo STM!

Max, een toegewijde natuurkundestudent aan de TU Ilmenau, heeft daar met succes zijn bachelor- en masteropleiding afgerond en verblijft voor zijn doctoraat aan de universiteit. Al vroeg na zijn afstuderen aan de middelbare school ontwikkelde hij een sterke interesse in technische cursussen, maar ook in wiskunde en natuurkunde. De keuze voor technische natuurkunde in Ilmenau lag voor de hand, aangezien deze opleiding een ingenieurs- en natuurkundeopleiding combineert.

Tijdens zijn bachelor kreeg Max al de kans om met verschillende onderzoeksgroepen in contact te komen. De uitgebreide uitrusting en moderne laboratoria maakten een blijvende indruk op hem. Met name de scanning tunneling microscoop, de Cryo STM, die in 2021 nieuw werd aangeschaft, gaf hem de kans om als een van de eersten ermee te gaan werken en experimentele natuurkunde op moleculair niveau te onderzoeken.

Fascinatie voor moderne microscopie

Met de Cryo STM, die werkt bij extreem lage temperaturen, wil Max optische spectroscopiemethoden combineren met de atomaire ruimtelijke resolutie van de microscoop. Hij is vooral gefascineerd door deze mogelijkheid om licht van individuele moleculen te meten. Hij benadrukt dat TU Ilmenau studenten waardevolle kansen biedt om tijdens hun bacheloropleiding betrokken te zijn bij onderzoek.

Max had ook praktijkervaring als student-assistent, waar hij verantwoordelijk was voor monsterverwarming in ultrahoog vacuüm. Hij overlegt regelmatig met collega's tijdens groepsbijeenkomsten en presenteert actuele publicaties, waardoor zijn onderzoeksinteresses op het gebied van de vastestoffysica en de toekomstige elektronica worden verdiept.

Technische achtergrond van scanning tunneling microscopie

Scanning Tunneling Microscopie (STM) werd in 1984 ontwikkeld en is gebaseerd op het kwantummechanische tunneleffect. Twee elektrisch geleidende elektroden zijn gescheiden door een dunne isolatielaag, bijvoorbeeld vacuüm. Wanneer er spanning wordt aangelegd, kunnen elektronen over deze barrière tunnelen, waardoor een gesloten circuit ontstaat. De tunnelstroom is een maat voor de afstanden tussen de metalen punt, vaak gemaakt van wolfraam of een legering van platina en iridium, en het monster.

De precisie van de STM is indrukwekkend. De afstand tussen de punt en het monster bedraagt ​​doorgaans slechts 0,1 nm. Tijdens het scannen wordt een hoogteprofiel van het monster gemaakt, dat met behulp van een feedbackgestuurd systeem constant wordt gehouden terwijl de punt door het monster wordt bewogen. Deze techniek maakt de karakterisering van geleidende substraatoppervlakken en de identificatie van individuele moleculen mogelijk, zoals koperftalocyanine op een goudoppervlak.

De scannereenheid van de microscoop maakt gebruik van een buisscanner met piëzo-kristallen, waardoor een uiterst nauwkeurige positionering in alle drie de ruimtelijke richtingen mogelijk is. De tunnelstroom hangt sterk af van de afstand van punt tot monster, waardoor atomaire resolutie kan worden bereikt. De techniek heeft zelfs de mogelijkheid om moiré-superstructuren zichtbaar te maken en biedt een z-resolutie van rond 13.00 uur.

De onderzoeksgroep van Max aan de TU Ilmenau maakt gebruik van twee scanning-tunnelingmicroscopen, waaronder een heliumgekoelde lage-temperatuur-STM, die bekend staat om zijn unieke meetmogelijkheden. Max is zich bewust van de voordelen van moderne apparatuur. Hij benadrukt vooral de heliumwinning en de functionele infrastructuur, die essentieel zijn voor succesvol onderzoek.