Skaneeriva tunnelmikroskoobi tundlikkus paraneb kuni 50 korda, kui mikroskoobi tavaline ots asendatakse ülijuhtivaga. Saksamaal Kielis asuva Christian-Albrechtsi ülikooli teadlaste poolt välja töötatud tehnika võib anda enneolematul tasemel üksikasjalikke andmeid materjali pinnal olevate molekulide kohta. Sellised andmed võivad aidata teadlastel testida ja täiustada teoreetilisi meetodeid materjali omaduste mõistmiseks ja isegi ennustamiseks.
Kuigi molekulaarsete omaduste ja interaktsioonide uurimiseks kasutatakse rutiinselt vibratsioonispektroskoopiat, puudub enamikul tehnikatel ruumiline eraldusvõime ja tundlikkus üksikute molekulide uurimiseks, selgitab meeskonna juht. Richard Berndt. Kui mitteelastne tunnelspektroskoopia (IETS) skaneeriva tunnelmikroskoobiga (STM) seda probleemi ei kannata, siis tavapärase IETS-i väike signaali suurus on seni piiranud molekulis vaadeldavate vibratsioonirežiimide arvu ühe või kahega. režiimid 1-stN (kus N on aatomite arv molekulis), mis on tüüpiline maksimum.
Palju režiime
"Meie uus tehnika suurendab STM-i tundlikkust kuni 50 korda ja selle tulemusel näeme palju režiime," räägib Berndt. Füüsika maailm. "See väldib samaaegselt tavapärase IETS-i eraldusvõime piirangut, võimaldades meil esitada üksikasjalikke andmeid molekuli vibratsioonirežiimide ja selle kohta, kuidas need režiimid muutuvad, kui nad oma molekulaarse keskkonnaga suhtlevad."
Teadlased viisid oma katsed läbi ülikõrges vaakumis STM-idega, mis töötasid temperatuuril 2.3 ja 4.2 K. Proovimaterjali jaoks otsustasid nad uurida plii-ftalotsüaniini (PbPc) ülijuhtiva plii pinnal. See proov pakub teravat omadust, mida tuntakse Yu-Shiba-Rusinovi (YSR) resonantsina, mis tekib siis, kui lokaliseeritud spin, mille teadlased oma molekulis valmistasid, interakteeruvad ülijuhiga - antud juhul pliisubstraadiga. Kuna ots on ka ülijuhtiv, annab see täiendava üsna terava signaalipiigi – nn koherentsipiigi.
Elektronid läbivad "keelatud" piirkonna
Kui Berndt ja kolleegid rakendasid mikroskoobile sobivat pinget, läksid tipu piigi elektronid mitteelastselt proovi YSR-i piigini. Selleks pidid elektronid otsa ja substraadi vahel tunneldades läbima niinimetatud "keelatud" piirkonna ning jõudsid kohale vähema energiaga kui alguses. See energiaerinevus tuleneb PbPc molekuli vibratsioonide ergutusest ja seda saab määrata süsteemi juhtivuse muutuste põhjal. Seda tehnikat kasutades suutsid teadlased signaali (võrreldes tunneldamisega kahe normaalse, mitteülijuhtiva pinna vahel) võimendada teguriga, mis on seotud kahe piigi kõrguse korrutisega.
Skaneeriva tunnelmikroskoopia abil võis kõiki inimesi märgata
Kuna katsed toimuvad krüogeensetel temperatuuridel, on tehnika algsed rakendused põhiteadustes, ütleb Berndt. "See tehnika suudab anda üksikasjalikke andmeid pindade molekulide kohta enneolematul viisil, " selgitab ta. "Samuti aitab see meil paremini mõista molekulide vahelisi koostoimeid, mis on olulised selliste protsesside jaoks nagu iseseisev kokkupanek ja omadused nagu magnetism."
Meeskond püüab nüüd laiendada oma meetodit teistele molekulide klassidele. "Püüame mõista nende molekulide erinevate vibratsioonimolekulide spektri intensiivsust, " ütleb Berndt. "Praegu suudab modelleerimine režiimienergiaid üsna hästi reprodutseerida, kuid intensiivsused ei kattu peaaegu eksperimentaalsete andmetega. Arvame, et aeg, mille elektron tunneliprotsessi ajal molekulile kulutab, võib mängida rolli – kuid seni on see spekulatsioon. Igal juhul on intensiivsuse selgitamine ahvatlev pähkel.
Teadlased teatavad oma tööst aastal Physical Review Letters.
