Tieftemperatur-Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bislang wurden vier wichtige Forschungsprojekte mit dem Tieftemperatur STM/AFM durchgeführt. Das erste Projekt betraf den Einfluss des Tunnelstromes auf die atomaren Bindungskräfte. Normalerweise sind die atomaren Bindungskräfte zwischen Spitze und Probe erst in sehr kleinem Abstand (etwa ein Atomdurchmesser) messbar. Wir fanden dagegen bereits im größeren Abstand repulsive, scheinbar auf atomarer Skala variierende Kräfte. Es zeigte sich, dass diese Kräfte auf einer Reduktion der elektrostatischen Anziehung basieren, induziert durch einen Spannungsabfall in der Probe. Dieser Effekt scheinbar atomarer Kräfte („phantom forces“) wurde am 1. Juni 2011 bei Physical Review Letters veröffentlicht. Das zweite Projekt betraf die Bestimmung der Bindungssymmetrie einer metallischen Abtastspitze. Es konnte gezeigt werden, dass die Symmetrie der chemischen Bindungen zwischen einer Metallspitze und einem auf einer Kupferoberfläche stehenden Kohlenmonoxidmoleküls davon abhängt, wie das metallische Frontatom an den Rest der Spitze gebunden ist. Die betreffende Publikation ist am 27. April 2012 bei Science erschienen, die Messdaten wurden sogar auf dem Titelblatt des Heftes abgedruckt. Im dritten Forschungsvorhaben wurde die antiferromagnetische Ordnung der Nickeloxid (001) Oberfläche mittels spin-sensitiver Rasterkraftmikroskopie auf atomarer Skala abgebildet. Neben der direkten Austauschwechselwirkung wurde erstmals die Superaustauschwechselwirkung zwischen der Spitze und den Ni Atomen der zweiten Atomlage gemessen. Die Publikation erschien am 28. Juni 2013 in Physical Review Letters und wurde als Editor´s Choice in die Science Ausgabe vom 16. Juli 2013 aufgenommen. Das vierte wesentliche Experiment war die Ausnutzung der Bindungssymmetrie der Metallspitze, wie sie oben im zweiten Experiment geschildert wurde, um mit subatomar charakterisierten Spitzen hochpräzise Kraftspektroskopie zu betreiben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Phantom force induced by tunneling current: A characterization on Si(111). Phys. Rev. Lett. 106, 226801 (2011)
A. J. Weymouth, T. Wutscher, J. Welker, T. Hofmann, and F. J. Giessibl
- Revealing the Angular Symmetry of Chemical Bonds by Atomic Force Microscopy. Science 336 , 444-449 (2012)
J. Welker, F. J. Giessibl
- Spin Resolution and Evidence for Superexchange on NiO(001) Observed by Force Microscopy. Phys Rev. Lett., 110, 266101 (2013)
F. Pielmeier and F.J. Giessibl
- COFI, The Influence of Chemical Bonding Configuration on Atomic Identification by Force Spectroscopy. ACS Nano. 2013 Jul 15
J. Welker, A.J. Weymouth, F.J. Giessibl
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/nn403106v)
