Multifrequenzmodi für stimmgabelbasierte Rasterkraftmikroskope: Ortsauflösung und gezielte Beeinflussung der Abbildungseigenschaften

• Antragsteller: Dr. Daniel Ebeling
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363901684

Es gibt mittlerweile eine Vielzahl von dynamischen Betriebsmodi für die Rasterkraftmikroskopie, bei denen der Federbalken (engl. Cantilever) auf unterschiedliche Art und Weise zu Schwingungen angeregt wird. Ein besonders interessantes Gebiet in diesem Bereich, welches zurzeit untersucht wird, sind die sog. Multifrequenzmethoden. In dem ursprünglichen Multifrequenzmodus aus dem Jahr 2004 wurden gleichzeitig zwei Eigenschwingungen des Cantilevers bei zwei verschiedenen Frequenzen angeregt, die den ersten und zweiten Eigenmoden entsprechen. Im Gegensatz zur einfachen dynamischen Rasterkraftmikroskopie, bei der nur eine Eigenmode angeregt wird, erhöht sich durch diese Methode die Informationsdichte und es besteht die Möglichkeit, den verschiedenen Eigenmoden unterschiedliche Aufgaben zuzuordnen. In der Regel wird die Grundschwingung (erste Eigenmode) zur Abbildung der Oberflächentopographie verwendet. Das Auslesen der zweiten Eigenmode liefert einen verbesserten Materialkontrast, da die Schwingungsparameter unabhängig von der ersten Eigenmode variiert und somit optimiert werden können. Dieses Konzept konnte bisher erfolgreich auf verschiedene Probensysteme und Umgebungsbedingungen (Luft, Flüssigkeiten und Vakuum) übertragen werden. Dabei wurde festgestellt, dass die Verwendung der Multifrequenzmethode zu einer Verbesserung der Auflösung und des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses führt. Eine systematische Untersuchung für stimmgabelbasierte Rasterkraftmikroskope steht bislang noch aus. Quarzstimmgabeln (engl. Tuning Forks) werden vorwiegend für Anwendungen im UHV bei tiefen Temperaturen eingesetzt, bei denen die höchstmögliche laterale Auflösung erforderlich ist. In diesem Projekt soll zunächst untersucht werden, welche Messparameter für Tuning-Fork-Sensoren zur optimalen Auflösung/Sensitivität bei der Verwendung von Multifrequenzmethoden führen. Anschließend soll sukzessive überprüft werden, welche Betriebsmodi sich am besten zur Abbildung der Probenoberfläche eignen und welche Vorteile sich bzgl. der maximal erreichbaren Auflösung ergeben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen