Det mest stabile mikroskop i verden

Ph.d. kandidat Irene Battisti fra Leiden Institute of Physics har udviklet det mest vibrationsfrie kryogene scanningstunnelmikroskop i verden. Det nye mikroskop kunne kaste lys over ukonventionel superledning.

Et scanningstunnelmikroskop (STM) er ekstremt delikat. En målenål med en atomisk skarp spids er placeret kun få ångstrøm væk fra en prøve. Dette er omtrent atomets diameter, så vibrationerne mellem nålen og prøven skal være ekstremt små. Som reference, spidsen af ​​Mount Everest ville få lov til at vibrere mindre end størrelsen af ​​en bakterie. Derudover Battisti havde til formål at lave et kryogent mikroskop med en temperatur omkring 4 Kelvin - næsten absolut nul. Disse ultralave temperaturer er nødvendige for spektroskopisk visualisering af materialers elektroniske egenskaber ned til atomskalaen. "Dette komplicerer tingene meget, da mekanikken ved almindelige STM'er ikke er egnet til så lave temperaturer, "Forklarer Battisti. Derfor, hun arbejdede med safir. "Dette materiale er ikke kun dyrt, men dens sejhed gør det også meget svært at behandle, " hun siger.

Ultramikroskopisalen i Gorlaeus -bygningen er designet til at isolere vibrationer. Ifølge arkitekten, det er et af de mest vibrationsfrie steder i verden. Dette opnås ved et særskilt fundament, hvorpå en beton 'ø' på 30 tons er ophængt gennem fjedre, toppet med et blyfyldt bord placeret på et andet sæt fjedre. Kombineret med mikroskopets unikke design, systemet skaber den mest stabile kryogene STM i verden.

Men hvorfor er det ikke blevet gjort før? "Først for nylig har teknologien udviklet nok til at bygge dette mikroskop. Men endnu vigtigere, finmekanisk afdeling (FMD) i Leiden har afgørende knowhow og færdigheder, som er ret unikke i verden. "Battisti arbejdede tæt sammen med Kees van Oosten og Gijsbert Verdoes fra FMD." De er virkelig en del af vores forskningsgruppe. Og det faktum, at vi er beliggende i den samme bygning, var virkelig praktisk og forbedrede samarbejdet stærkt, "Siger Battisti.

Gruppen i Milan Allan, som Battisti er en del af, studerer kvantematerialer, herunder høj temperatur superledere. "Normalt, materialer bliver superledende under 4 Kelvin, "Battisti forklarer." Dette kræver flydende helium til afkøling, hvilket er meget dyrt. Men nogle materialer bliver superledende ved 100-150 Kelvin, som kun kræver let tilgængeligt flydende nitrogen. "

Imidlertid, hvordan disse super-temperatur superledere fungerer forbliver et mysterium, gør det svært at faktisk anvende dem praktisk. "Siden jeg startede min ph.d. vi har arbejdet hårdt på at forstå dette mysterium, sammen med vores kolleger fra Lorentz Institute. Med denne nye STM, Jeg håber at tilføje nogle vigtige brikker til puslespillet. Vi ved, at bølger kan forstyrre hinanden, "siger Battisti." Og ved at studere bølgernes interferensmønster, vi kan lære noget at vide om bølgelængden eller bølgeegenskaben. Fra kvantemekanik, vi ved, at vi kan se elektroner som partikler, men også som bølger-bølge-partikel-dualiteten. De eksperimenter, vi ønsker at udføre, ser på elektronernes bølgelignende egenskaber. Og med vores nye STM, vi kan visualisere interferensen mellem disse elektronbølger på overfladen af ​​materialet. Ud fra disse mønstre, vi kan derefter udtrække egenskaber ved selve elektronerne, og derved egenskaber ved materialet. "