Bir tarama-tünelleme mikroskobunun hassasiyeti, mikroskobun normal ucu süper iletken bir uçla değiştirildiğinde 50 katına kadar artar. Almanya, Kiel'deki Christian-Albrechts-Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen teknik, bir malzemenin yüzeyindeki moleküller hakkında benzeri görülmemiş düzeyde ayrıntılı veri sağlayabilir. Bu tür veriler, bilim adamlarının bir malzemenin özelliklerini anlamak ve hatta tahmin etmek için teorik yöntemleri test etmelerine ve geliştirmelerine yardımcı olabilir.
Ekip lideri, moleküler özellikleri ve etkileşimleri araştırmak için rutin olarak titreşim spektroskopisi kullanılmasına rağmen, çoğu tekniğin tek molekülleri araştırmak için uzamsal çözünürlük ve hassasiyetten yoksun olduğunu açıklıyor. Richard Berndt. Taramalı tünelleme mikroskobu (STM) ile elastik olmayan tünelleme spektroskopisi (IETS) bu sorundan muzdarip olmasa da, geleneksel IETS'nin küçük sinyal boyutu şimdiye kadar bir molekülde gözlemlenebilen titreşim modlarının sayısını 1 moddan 2 veya 3'si ile sınırlamıştır.N (nerede N moleküldeki atomların sayısı) tipik bir maksimumdur.
çok sayıda mod
Berndt, "Yeni tekniğimiz, STM'nin hassasiyetini şimdiye kadar 50'ye varan faktörlerle artırıyor ve sonuç olarak çok sayıda mod görüyoruz" diyor. Fizik dünyası. "Aynı anda geleneksel IETS'nin çözünürlük sınırını aşarak, bir molekülün titreşim modları ve bu modların moleküler ortamlarıyla etkileşime girdiklerinde nasıl değiştiği hakkında ayrıntılı veriler sağlamamıza izin veriyor."
Araştırmacılar deneylerini 2.3 ve 4.2 K'de çalışan STM'lerle ultra yüksek vakumda gerçekleştirdiler. Örnek materyalleri için süper iletken bir kurşun yüzeyinde kurşun-ftalosiyanin (PbPc) çalışmayı seçtiler. Bu örnek, Yu-Shiba-Rusinov (YSR) rezonansı olarak bilinen ve araştırmacıların moleküllerinde hazırladıkları lokalize bir dönüş bir süper iletkenle (bu durumda kurşun substrat) etkileşime girdiğinde ortaya çıkan keskin bir özellik sağlar. Uç aynı zamanda süper iletken olduğundan, ek olarak oldukça keskin bir sinyal zirvesine katkıda bulunur - sözde tutarlılık zirvesi.
Elektronlar “yasak” bir bölgeden geçiyor
Berndt ve meslektaşları mikroskoba uygun bir voltaj uyguladığında, uçtaki tepe noktasından gelen elektronlar, numune üzerindeki YSR zirvesine elastik olmayan bir şekilde tünellendi. Bunu yapmak için, elektronların uç ve alt tabaka arasında tünel açarken sözde "yasak" bir bölgeyi geçmesi gerekiyordu ve geldiklerinden daha az enerjiyle vardılar. Bu enerji farkı, PbPc molekülünün titreşimlerinin uyarılmasından kaynaklanır ve sistemin iletkenliğindeki değişikliklerden belirlenebilir. Bu tekniği kullanarak, araştırmacılar sinyali (iki normal, süper iletken olmayan yüzey arasındaki tünellemeye göre) iki tepe yüksekliğinin çarpımı ile ilgili bir faktörle geliştirebildiler.
Taramalı tünelleme mikroskobu kullanılarak anyonlar tespit edilebilir
Deneyler kriyojenik sıcaklıklarda yapıldığından, tekniğin ilk uygulamaları temel bilimde olacak, diyor Berndt. "Teknik, yüzeylerdeki moleküller hakkında benzeri görülmemiş bir şekilde ayrıntılı veriler sağlayabilecek" diye açıklıyor. "Kendi kendine montaj gibi süreçler ve manyetizma gibi özellikler için önemli olan moleküller arasındaki etkileşimleri daha iyi anlamamıza da yardımcı olacak."
Ekip şimdi yöntemini diğer molekül sınıflarına genişletmeye çalışıyor. Berndt, "Bu moleküllerdeki çeşitli titreşim moleküllerinin spektral yoğunluklarını anlamaya çalışacağız" diyor. "Şu anda modelleme, mod enerjilerini oldukça iyi bir şekilde yeniden üretebiliyor, ancak yoğunluklar, deneysel verilerle pek uyuşmuyor. Tünel oluşturma işlemi sırasında bir elektronun molekül üzerinde geçirdiği sürenin bir rol oynayabileceğini düşünüyoruz - ancak şimdiye kadar bu bir spekülasyon. Her halükarda, yoğunlukları açıklamak, kırılması zor bir ceviz olacaktır.
Araştırmacılar çalışmalarını Physical Review Letters.
