Temperaturkontrolliertes Rastersondenmikroskop für Ultrahochvakuum

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531220212

Die Forschung der Arbeitsgruppe konzentriert sich auf die molekularen Nanowissenschaften und die Grenzflächen- bzw. Oberflächenphysik. Die kontrollierte Umgebung im Ultrahochvakuum ermöglicht die Anwendung hochpräziser Charakterisierungsmethoden, was jedoch mit den Einschränkungen der Probenvorbereitung im Vakuum einhergeht. In den letzten zehn Jahren wurde ein neuartiger Versuchsaufbau mit der Bezeichnung Elektrospray-kontrollierte Ionenstrahldeposition (engl. Akronym ES-CIBD) entwickelt, der vor kurzem vollständig in Betrieb genommen wurde. Mit diesem Instrument, einem von wenigen weltweit existierenden, konnten wir die Klasse der untersuchten molekularen Systeme auf makromolekulare Spezies erweitern, was bisher unzugängliche Bereiche in der Chemie und Physik adsorbierter funktioneller Moleküle und ihrer nanoskaligen Anordnungen auf Oberflächen eröffnet. Um die weitere Entwicklung dieser neuen, vielversprechenden Forschungsrichtung zu ermöglichen, wird ein spezielles und vielseitiges Charakterisierungsinstrument benötigt, nämlich ein Temperatur-kontrolliertes Rastersondenmikroskop, das sowohl Tunnel- als auch Rasterkraftmessverfahren (STM und AFM) integriert. Der Hauptzweck des beantragten Instruments besteht darin, einen optimierten Arbeitsablauf für die Erfassung (i) hochauflösender topografischer Karten von weich gelandeten Makromolekülen, (ii) die Charakterisierung der molekularen Konformation, der Umgebung und der molekularen Selbstorganisation, (iii) elektronische Kartographie mit lokaler Kontaktpotentialdifferenz oder elektronischer Oberflächenzusandsdichte und (iv) die Charakterisierung nanomechanischer Eigenschaften und die Erforschung molekularer Manipulationsprotokolle zu ermöglichen. Dies soll mit einem kombinierten Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskop erreicht werden. Darüber hinaus ermöglicht die Datenerfassung bei variablen Temperaturen die Erfassung dynamischer Effekte, die Bestimmung der thermischen Stabilität von nanoskaligen Organisationen und der Aktivierungsbarrieren von Oberflächenreaktionen und -prozessen. In diesem Zusammenhang wird erwartet, dass ein Betriebstemperaturbereich von ~ 100 bis 400 K eine angemessene Vielseitigkeit für die Untersuchung der Dynamik der relevanten Phänomene bietet. Der AFM-Modus ist entscheidend für die Erforschung (ultra-)dünner Filme makromolekularer Spezies und die Untersuchung von ES-CIBD-Präparaten auf nichtleitenden Substraten, die häufig von wissenschaftlichem und technologischem Interesse oder Relevanz sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Temperaturkontrolliertes Rastersondenmikroskop für Ultrahochvakuum
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Antragstellende Institution: Technische Universität München (TUM)
• Leiter: Professor Dr. Johannes V. Barth