Max v Ilmenau: Objavte molekulárne zázraky s Cryo STM!

Max v Ilmenau: Objavte molekulárne zázraky s Cryo STM!

Max, oddaný študent fyziky na TU Ilmenau, tam úspešne ukončil bakalárske a magisterské štúdium a na univerzite zostáva na doktorát. Hneď po ukončení strednej školy sa u neho prejavil silný záujem o inžinierske kurzy, ako aj o matematiku a fyziku. Voľba technickej fyziky v Ilmenau bola zrejmá, keďže tento kurz kombinuje inžiniersku a fyzikálnu prípravu.

Max mal už počas bakalárskeho štúdia možnosť komunikovať s rôznymi výskumnými skupinami. Rozsiahle vybavenie a moderné laboratóriá naňho urobili trvalý dojem. Najmä skenovací tunelový mikroskop Cryo STM, ktorý bol novo zakúpený v roku 2021, mu dal príležitosť ako jeden z prvých s ním pracovať a skúmať experimentálnu fyziku na molekulárnej úrovni.

Fascinácia modernou mikroskopiou

S Cryo STM, ktorý pracuje pri extrémne nízkych teplotách, sa Max snaží spojiť metódy optickej spektroskopie s atómovým priestorovým rozlíšením mikroskopu. Fascinuje ho najmä táto možnosť merania svetla z jednotlivých molekúl. Zdôrazňuje, že TU Ilmenau ponúka študentom cenné možnosti zapojiť sa do výskumu už počas bakalárskeho štúdia.

Max mal aj praktické skúsenosti ako študentský asistent, kde bol zodpovedný za zahrievanie vzoriek v ultravysokom vákuu. Pravidelne diskutuje s kolegami na skupinových stretnutiach a prezentuje aktuálne publikácie, čo prehlbuje jeho výskumné záujmy v oblasti fyziky pevných látok a budúcej elektroniky.

Technické zázemie rastrovacej tunelovej mikroskopie

Skenovacia tunelová mikroskopia (STM) bola vyvinutá v roku 1984 a je založená na kvantovom mechanickom tunelovom efekte. Dve elektricky vodivé elektródy sú oddelené tenkou izolačnou vrstvou, napríklad vákuom. Keď je aplikované napätie, elektróny môžu tunelovať cez túto bariéru a vytvárať uzavretý okruh. Tunelový prúd je mierou vzdialenosti medzi kovovým hrotom, často vyrobeným z volfrámu alebo zliatiny platiny a irídia, a vzorkou.

Presnosť STM je pôsobivá. Vzdialenosť medzi hrotom a vzorkou je typicky len 0,1 nm. Počas skenovania sa vytvára výškový profil vzorky, ktorý je udržiavaný konštantný pomocou systému riadeného spätnou väzbou, zatiaľ čo hrot sa pohybuje cez vzorku. Táto technika umožňuje charakterizáciu vodivých povrchov substrátov a identifikáciu jednotlivých molekúl, ako je ftalocyanín medi na povrchu zlata.

Skenovacia jednotka mikroskopu využíva trubicový skener s piezokryštálmi, ktorý umožňuje mimoriadne presné polohovanie vo všetkých troch priestorových smeroch. Tunelovací prúd silne závisí od vzdialenosti hrot-vzorka, čo umožňuje dosiahnuť atómové rozlíšenie. Technika má dokonca schopnosť zviditeľniť moaré nadstavby a ponúka z-rozlíšenie okolo 13:00.

Maxova výskumná skupina na TU Ilmenau používa dva skenovacie tunelové mikroskopy, vrátane héliom chladeného nízkoteplotného STM, ktorý je známy svojimi jedinečnými meracími schopnosťami. Max si uvedomuje výhody moderného vybavenia. Vyzdvihuje najmä obnovu hélia a funkčnú infraštruktúru, ktoré sú nevyhnutné pre úspešný výskum.