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Equipment and Methodology for Multi-Dimensional Scanning Probe Microscopy

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Charakterisierung von Materialeigenschaften mittels multifunktionaler Rastersondenmikroskopie

EU-finanzierte Wissenschaftler haben ein bahnbrechendes multifunktionales Rastersondenmikroskop gebaut, das imstande ist, Konformationsänderungen, Energiezustände und Kräfte gleichzeitig zu messen.

Industrielle Technologien

Ein Charakterisieren der Oberflächen von Materialien, dort, wo sie miteinander interagieren, führt zu detaillierten Kenntnissen der chemischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Dies wiederum ermöglicht die wissensbasierte Entwicklung innovativer Werkstoffe, Geräte und Komponenten. Mittels Rastersondenmikroskopie (RSM) können nun Bilder mit atomarer Auflösung erzeugt und sogar Konformationsänderungen von Molekülen aufgezeichnet werden. Durch Verändern der Vorspannung zwischen der Sondenspitze und der Probe können durch eine Technik, die als Rastertunnelspektroskopie (RTS) bekannt ist, Informationen über einzelne Elektronenzustände sowie Energiespektren erhalten werden. Das EU-finanzierte Projekt "Equipment and methodology for multi-dimensional scanning probe microscopy" (MDSPM) wurde gestartet, um zu der leistungsfähigen RTS-Technik noch eine weitere Dimension hinzuzufügen. MDSPM hatte die Entwicklung eines neuen mehrdimensional abtastenden Ultrahochvakuum- (UHV) Niedertemperatur-Rastersondenmikroskops (MDRSM) mit zweidimensionaler (2D) Kraft- und Energiedissipationsmessung zum Ziel. Insbesondere erweitert eine durchdachte Geräteausstattung die RTS dahingehend, dass nun die Messung der Kraft und der Energiedissipation, die mit jeder Art von zufälliger Kraftfluktuation einhergeht, etwa bei schwingenden Molekülen oder Atomen, mit einer beispiellosen Empfindlichkeit möglich ist. Die technische Komplexität stellte das Projektteam vor zahlreiche Herausforderungen. Im Ergebnis wurden zwei hochmodulare MDRSM-Geräte in Partnerlaboratorien entwickelt und aufgebaut, die zwar noch nicht marktreif sind, doch alle vorgesehenen Funktionsanforderungen erfüllen. Das Potenzial der Geräteausstattung, bahnbrechende wissenschaftliche Ergebnisse zu liefern, die mit herkömmlicher Rasterkraftmikroskopie (RKM) derzeit nicht möglich sind, hat bereits neue Forschungsprojekte hervorgebracht, die sich auf diese Technologie stützen. Auch hat Intel industrielle Auftragsforschung durch das Team, das dazu MDRSM verwenden wird, angeregt. Im Rahmen von MDSPM wurde ein äußerst leistungsfähiges mehrdimensional abtastendes Rastersondenmikroskop geschaffen, das verspricht, die Untersuchung von Materialien und ihrer Eigenschaften zu revolutionieren. Die Tatsache, dass mit nur einem einzigen Gerät gleichzeitig und mit hoher Präzision detaillierte Erkenntnisse über Atom- und Molekülkonfigurationen, Energie- und Elektronenzustände gewonnen werden können, wird die Rastersondenmikroskopie (RSM) von Grund auf umgestalten.

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