Sprungmarken

Servicenavigation

Hauptnavigation

Sie sind hier:

Hauptinhalt

Rastertunnelmikroskopie (STM)

Das Rastertunnelmikroskop (scanning tunneling microscope, STM) ermöglicht die Abbildung im Realraum und Untersuchung von Oberflächen leitender Materialien. Dabei wird der quantenmechanische Tunneleffekt zwischen zwei Elektroden ausgenutzt. Dieser erlaubt es Elektronen Potentialbarrieren zu durchdringen, obwohl ihre Energie dazu klassisch nicht ausreicht. Hierbei stellt das Vakuum zwischen der STM-Spitze und der leitfähigen Probe die Potentialbarriere dar. Werden Spitze und Probe auf einige wenige Å angenähert, können die Elektronen die Barriere durchtunneln wodurch ein detektierbarer Tunnelstrom der Größenordnung nA fließt. Aus der Quantenmechanik ergibt sich für den Tunnelstrom IT eine starke Abhängigkeit vom Abstand d beider Elektroden: IT Qe-2d. Diese begründet die hohe vertikale Auflösung der Messmethode von wenigen pm: Eine Veränderung des Spitze-Probe-Abstands von 1 Å führt beispielsweise zu einer Änderung des Tunnelstroms um eine Größenordnung. Die laterale Auflösung liegt im sub-nm Bereich. Die Rastertunnelmikroskopie gehört zu den Standardanalysemethoden im Bereich der Strukturaufklärung in der Oberflächenphysik.

Der Arbeitsgruppe stehen zwei Versuchsaufbauten zur Verfügung:

RT-STM

Der erste Aufbau besteht aus einem Raumtemperatur-Rastertunnelmikroskop (room temperature scanning tunneling microscope, RT-STM) in einer Ultrahochvakuum-Kammer (ultra high vacuum, UHV). Eine Möglichkeit, die Proben während der Messung zu kühlen oder heizen, besteht nicht. Gegenwärtig ist das Experiment auf die Untersuchung von Halbleiter-Proben ausgelegt. Die Proben werden von einem Manipulator gehalten, der mit einem heizbaren Halter zur Präparation ausgerüstet ist, um  Temperaturen von ca. 1000° C zu erhalten. Ferner können Metalle oder Moleküle mittels eines Elektronenstrahlverdampfers aufgedampft werden. Dieser Aufbau steht Bachelor-Studenten zur Verfügung.

Kammer_RT-STM2

VT-STM

Ein neuerer Aufbau mit einem Rastertunnelmikroskop variabler Temperatur (variable temperature scanning tunneling microscope, VT-STM) steht der Arbeitsgruppe ebenfalls zur Verfügung. Dieses ermöglicht Messungen sowohl bei Raumtemperatur als auch im gekühlten oder geheizten Zustand (im Bereich von 100 K – 400 K). Bei niedrigen Temperaturen können Proben mit geringer Molekülbedeckung, bis hin zu einzelnen Moleküle auf reaktionsträgen Oberflächen, untersucht werden. Der Aufbau ist auf die Verwendung von Metall-Substraten ausgelegt. Diese können über eine Elektronenstoßheizung und mit einer Sputtergun präpariert werden. In einem von der Hauptkammer abgetrennten Präparationsbereich können auf diesen gereinigten Oberflächen Moleküle mittels einer Knudsen-Zelle aufgedampft werden.  Zur Bestimmung der Aufdampfraten befindet sich eine Quarzkristallmikrowaage (quartz crystal microbalance, QCM) in der Präparationskammer. Komplementär kann die Struktur der aufgebrachten Adsorbatschichten mittels niederenergetischer Elektronenbeugung (low energy electron diffraction, LEED) bestimmt werden.
Kammer_VT-STM2