Hochfrequenz- Vierspitzen-Rastertunnelmikroskopie im Ultrahochvakuum

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Morgenstern; Professor Dr. Bert Voigtländer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458827921

In diesem Projekt soll ein Hochfrequenz-Vierspitzen Rastertunnelmikroskop entwickelt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit von Nanostrukturen in-situ vermisst. Es soll insbesondere für Proben genutzt werden, die für Anwendungen in der zukünftigen Informationstechnologie in Frage kommen. Alle vier Spitzen können sowohl im elektrischen Pump-Probe-Modus mit Zeitauflösung ~100 ps sowie im kontinuierlichen Wechselstrommodus bis zu 30 GHz mit Amplituden am Tunnelkontakt bis zu 50 mV betrieben werden. Vielseitige Kontaktgeometrien einschließlich Tunnelkontakten können im selben Probenbereich nacheinander realisiert werden, wo zusätzlich die lokale Zustandsdichte und die Probengeometrie bis hinab zur atomaren Skala vermessen werden kann. Das Instrument arbeitet zusätzlich als Potenziometer auf der nm-Skala, um z.B. den Aufbau und die Relaxation elektrochemischer Potenziale mit sub-ns Zeitauflösung zu kartieren. Ultrahochvakuum Bedingungen in Kombination mit einer kontaktfreien Schattenmaskenverdampfung erlauben es, Nanostrukturen zu untersuchen, die durchgängig im Ultrahochvakuum waren und keinerlei Chemikalien ausgesetzt wurden. Avisierte Anwendungsbereiche des neuartigen Instrumentes umfassen Magnetoelektronik insbesondere die strominduzierte Dynamik magnetischer Texturen, ferromagnetische Spinpumpen, um Spin und Ladungsverteilungen in topologischen Isolatoren zu induzieren, die Untersuchung der Dynamik elektrisch induzierter Phasenübergänge durch Kartierung der Dynamik von Phasenfrontbewegungen, Elektronendynamiken an Defekten oder Adsorbaten sowie die Dynamik von Gate-induzierten Potenzialänderungen in Feldeffekttransistoren. Die außergewöhnliche Kontrolle der Kontaktgeometrien in Kombination mit der hohen lateralen Ortsauflösung zielt auf ein detailliertes Verständnis der GHz Dynamik elektronsicher Systeme auf der atomaren Skala einschließlich des Einflusses von Defekten. Das Instrument wird das erste seiner Art sein, dass Hochfrequenzmöglichkeiten mit variablen, lateralen Transportkontaktmöglichkeiten und struktureller Information unter extrem kontrollierten Bedingungen kombiniert, so dass aus den Erkenntnissen optimierte Designkriterien für nanoelektronische Bauelemente entwickelt werden können.

• DFG-Verfahren: Neue Geräte für die Forschung