स्कैनिंग-टनलिंग माइक्रोस्कोप की संवेदनशीलता में 50 के कारक तक सुधार होता है जब माइक्रोस्कोप की सामान्य टिप को सुपरकंडक्टिंग से बदल दिया जाता है। कील, जर्मनी में क्रिश्चियन-अल्ब्रेक्ट्स-यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित तकनीक सामग्री की सतह पर अणुओं के बारे में विस्तृत डेटा का अभूतपूर्व स्तर प्रदान कर सकती है। ऐसा डेटा वैज्ञानिकों को सामग्री के गुणों को समझने और भविष्यवाणी करने के लिए सैद्धांतिक तरीकों का परीक्षण और सुधार करने में मदद कर सकता है।
हालांकि वाइब्रेशनल स्पेक्ट्रोस्कोपी को आणविक गुणों और अंतःक्रियाओं की जांच के लिए नियमित रूप से नियोजित किया जाता है, अधिकांश तकनीकों में एकल अणुओं की जांच के लिए स्थानिक संकल्प और संवेदनशीलता की कमी होती है, टीम लीडर बताते हैं रिचर्ड बेरंड्ट. जबकि एक स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) के साथ इनलेस्टिक टनलिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी (आईईटीएस) इस समस्या से ग्रस्त नहीं है, पारंपरिक आईईटीएस के छोटे सिग्नल आकार ने अब तक 1 या 2 के साथ एक अणु में देखे जा सकने वाले कंपन मोड की संख्या सीमित कर दी है। 3 में से मोडN (कहा पे N अणु में परमाणुओं की संख्या है) एक विशिष्ट अधिकतम है।
बहुत सारे तरीके
"हमारी नई तकनीक एसटीएम की संवेदनशीलता को अब तक 50 तक बढ़ा देती है, और इसके परिणामस्वरूप हम बहुत सारे मोड देखते हैं," बेरंड्ट बताते हैं भौतिकी की दुनिया. "यह एक साथ पारंपरिक IETS की रिज़ॉल्यूशन सीमा को बाधित करता है, जिससे हमें एक अणु के कंपन मोड पर विस्तृत डेटा प्रदान करने की अनुमति मिलती है और जब वे अपने आणविक वातावरण के साथ बातचीत करते हैं तो ये मोड कैसे बदलते हैं।"
शोधकर्ताओं ने 2.3 और 4.2 K पर संचालित STM के साथ अल्ट्रा-हाई वैक्यूम में अपने प्रयोग किए। अपनी नमूना सामग्री के लिए, उन्होंने सुपरकंडक्टिंग लेड की सतह पर लेड-फथलोसाइनिन (PbPc) का अध्ययन करना चुना। यह नमूना यू-शिबा-रुसिनोव (वाईएसआर) अनुनाद के रूप में जाना जाने वाला एक तेज विशेषता प्रदान करता है जो तब उत्पन्न होता है जब एक स्थानीयकृत स्पिन, जिसे शोधकर्ताओं ने अपने अणु में तैयार किया है, एक सुपरकंडक्टर के साथ बातचीत करता है - इस मामले में, मुख्य सब्सट्रेट। चूंकि टिप भी सुपरकंडक्टिंग है, यह एक अतिरिक्त काफी तेज सिग्नल पीक - तथाकथित जुटना शिखर का योगदान देता है।
इलेक्ट्रॉन एक "निषिद्ध" क्षेत्र को पार करते हैं
जब बेरंड्ट और उनके सहयोगियों ने माइक्रोस्कोप पर एक उपयुक्त वोल्टेज लागू किया, तो टिप में शिखर से इलेक्ट्रॉनों को नमूना पर वाईएसआर शिखर तक अनैतिक रूप से सुरंग बनाया गया। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रॉनों को एक तथाकथित "निषिद्ध" क्षेत्र को पार करना पड़ता था क्योंकि वे टिप और सब्सट्रेट के बीच सुरंग बनाते थे, और वे शुरू होने की तुलना में कम ऊर्जा के साथ पहुंचे। यह ऊर्जा अंतर PbPc अणु के कंपन के उत्तेजना से आता है और इसे सिस्टम के संचालन में परिवर्तन से निर्धारित किया जा सकता है। इस तकनीक का उपयोग करते हुए, शोधकर्ता दो शिखर ऊंचाइयों के उत्पाद से संबंधित कारक द्वारा सिग्नल (दो सामान्य, गैर-सुपरकंडक्टिंग सतहों के बीच सुरंग के सापेक्ष) को बढ़ाने में सक्षम थे।
स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके किसी को भी देखा जा सकता है
चूंकि प्रयोग क्रायोजेनिक तापमान पर होते हैं, इसलिए तकनीक का प्रारंभिक अनुप्रयोग बुनियादी विज्ञान में होगा, बेरंड्ट कहते हैं। "तकनीक अभूतपूर्व रूप से सतहों पर अणुओं पर विस्तृत डेटा प्रदान करने में सक्षम होगी," वे बताते हैं। "यह हमें अणुओं के बीच की बातचीत को बेहतर ढंग से समझने में भी मदद करेगा, जो स्व-विधानसभा और चुंबकत्व जैसी गुणों जैसी प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण हैं।"
टीम अब अणुओं के अन्य वर्गों के लिए अपनी पद्धति का विस्तार करने की कोशिश कर रही है। "हम इन अणुओं में विभिन्न कंपन अणुओं की वर्णक्रमीय तीव्रता को समझने का प्रयास करेंगे," बेर्ंड्ट कहते हैं। "वर्तमान में, मॉडलिंग मोड ऊर्जा को काफी अच्छी तरह से पुन: पेश कर सकता है, लेकिन तीव्रता प्रयोगात्मक डेटा से शायद ही मेल खाती है। हमें लगता है कि सुरंग बनाने की प्रक्रिया के दौरान एक इलेक्ट्रॉन जिस समय अणु पर खर्च करता है, वह एक भूमिका निभा सकता है - लेकिन अभी तक यह अटकलें हैं। किसी भी घटना में, तीव्रता की व्याख्या करना दरार के लिए एक तांत्रिक अखरोट होगा।
शोधकर्ता अपने काम की रिपोर्ट करते हैं फिजिकल रिव्यू लेटर्स.
