A pásztázó-alagút mikroszkóp érzékenysége akár 50-szeresére is javul, ha a mikroszkóp szokásos hegyét szupravezetőre cseréljük. A németországi Kieli Christian-Albrechts Egyetem kutatói által kifejlesztett technika példátlan mennyiségű részletes adatokkal szolgálhat az anyag felszínén lévő molekulákról. Az ilyen adatok segíthetnek a tudósoknak abban, hogy teszteljék és javítsák elméleti módszereket az anyag tulajdonságainak megértéséhez, sőt előrejelzéséhez.
Bár a rezgésspektroszkópiát rutinszerűen alkalmazzák a molekuláris tulajdonságok és kölcsönhatások vizsgálatára, a legtöbb technikából hiányzik a térbeli felbontás és az érzékenység az egyes molekulák vizsgálatához, magyarázza a csoport vezetője. Richard Berndt. Míg a pásztázó alagútmikroszkóppal (STM) végzett rugalmatlan alagútspektroszkópia (IETS) nem szenved ettől a problémától, a hagyományos IETS kis jelmérete eddig 1 vagy 2 rezgésmóddal korlátozta a molekulában megfigyelhető rezgésmódok számát. mód a 3-bólN (hol N a molekulában lévő atomok száma) ami tipikus maximum.
Rengeteg mód
„Új technikánk növeli az STM érzékenységét, eddig akár 50-szeres faktorral, és ennek eredményeként rengeteg üzemmódot látunk” – mondja Berndt. Fizika Világa. "Egyszerre megkerüli a hagyományos IETS felbontási határát, lehetővé téve számunkra, hogy részletes adatokat biztosítsunk egy molekula rezgésmódjáról, és arról, hogy ezek a módok hogyan változnak, amikor kölcsönhatásba lépnek a molekuláris környezetükkel."
A kutatók ultranagy vákuumban végezték kísérleteiket 2.3 és 4.2 K hőmérsékleten működő STM-ekkel. Mintaanyagukként az ólom-ftalocianin (PbPc) vizsgálatát választották szupravezető ólom felületén. Ez a minta a Yu-Shiba-Rusinov (YSR) rezonancia néven ismert éles jellemzőt nyújt, amely akkor keletkezik, amikor egy lokalizált spin, amelyet a kutatók a molekulájukban készítettek, kölcsönhatásba lép egy szupravezetővel - jelen esetben az ólomszubsztráttal. Mivel a csúcs egyben szupravezető is, egy további meglehetősen éles jelcsúcsot ad – az úgynevezett koherenciacsúcsot.
Az elektronok áthaladnak egy „tiltott” területen
Amikor Berndt és munkatársai megfelelő feszültséget kapcsoltak a mikroszkópra, a csúcsban lévő elektronok rugalmatlanul alagútba vezettek a mintán lévő YSR-csúcshoz. Ehhez az elektronoknak át kellett menniük egy úgynevezett „tiltott” tartományon, miközben alagútba vezettek a csúcs és a hordozó között, és kevesebb energiával érkeztek, mint amennyivel indultak. Ez az energiakülönbség a PbPc molekula rezgésének gerjesztéséből adódik, és a rendszer vezetőképességének változásaiból határozható meg. Ezzel a technikával a kutatók képesek voltak fokozni a jelet (két normál, nem szupravezető felület közötti alagúthoz képest) egy olyan tényezővel, amely a két csúcsmagasság szorzatához kapcsolódik.
A pásztázó alagútmikroszkóppal bárkit észre lehetett venni
Mivel a kísérletek kriogén hőmérsékleten zajlanak, a technika kezdeti alkalmazása az alaptudományban lesz, mondja Berndt. "A technika példátlan módon képes lesz részletes adatokat szolgáltatni a felületeken lévő molekulákról" - magyarázza. "Segít abban is, hogy jobban megértsük a molekulák közötti kölcsönhatásokat, amelyek fontosak az olyan folyamatokhoz, mint az önszerveződés és az olyan tulajdonságok, mint a mágnesesség."
A csapat most megpróbálja kiterjeszteni módszerét más molekulaosztályokra. "Megpróbáljuk megérteni az ezekben a molekulákban lévő különböző rezgésmolekulák spektrális intenzitását" - mondja Berndt. „Jelenleg a modellezés elég jól képes reprodukálni a módusenergiákat, de az intenzitás aligha egyezik a kísérleti adatokkal. Úgy gondoljuk, hogy szerepet játszhat az az idő, amit egy elektron a molekulán tölt az alagútképzés során – de ez egyelőre csak spekuláció. Az intenzitások magyarázata mindenesetre káprázatos dió lesz.”
A kutatók munkájukról számolnak be Fizikai áttekintés betűk.
