Kryostat mit geringer Vibration für AFM-SQUID-Mikroskopie

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563303528

Mit diesem Antrag beantragt die Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München die Anschaffung eines Kryostaten, um AFM-SQUID-Mikroskopie zur Untersuchung von Quantenmaterialien zu ermöglichen. Es handelt sich um eine Kombination aus einem supraleitenden Quanteninterferenzgerät (SQUID) und Rasterkraftmikroskopie (AFM). Die Fakultät für Physik der LMU München hat kürzlich in den Ausbau ihrer experimentellen Festkörperphysik- und Sensorprogramme investiert. Es wurden zwei Lehrstühle eingestellt (Efetov, Festkörperphysik und Allan, Experimentalphysik – Quantenmetrologie und Sensorik), die zusätzlich zur bestehenden Forschungsgruppen in Theorie und Experiment in diesem Bereich arbeiten werden. Die LMU benötigt neue Instrumente für diese Lehrstühle. Der Lehrstuhl für Experimentalphysik – Quantenmetrologie und Sensorik zielt darauf ab, mithilfe neuen Spezialinstrumenten ein besseres Verständnis von Quantenmaterie zu erlangen. Das Ziel des Lehrstuhles ist es, die relevantesten lokalen Informationen bei kryogenen Temperaturen zu erhalten. Dies deshalb, weil eine lokale Betrachtung oft einzigartige Perspektiven bietet, insbesondere bei heterogenen Materialien, und weil die Eigenschaften von Quantenmaterialien oft nur bei sehr niedrigen Temperaturen untersucht werden können, wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt der Temperaturskala. Mit dem AFM-SQUID wird die LMU in der Lage sein, hochlokale elektromagnetische Phänomene zu messen, welche mit den bereits an der LMU vorhandenen Instrumenten nicht messbar sind. Das Instrument wird ein neuartiges SQUID-Mikroskop/SQUID-on-Tip-System sein. Ähnliche Instrumente, die von Gruppen in Stanford, Weizmann und anderen erfunden wurden, ermöglichen die Messung lokaler Ströme, Magnetfelder und Dissipation. Die Auflösung variiert von einigen zehn Nanometern bis zu einem Mikrometer. Für das Instrument in diesem Großgeräteantrag wird eine neue Art von SQUID-Sonde verwendet. Für die Forschung an Allans Lehrstuhl ist es wichtig, dass die Experimente bei Verdünnungskühlschranktemperaturen durchgeführt werden können. Für die Realisierung dieser Rastersonden wird eine einfach zu handhabende und zu wartende kryogene Umgebung benötigt, die Temperaturen im Millikelvin-Bereich erreichen kann und relativ kurze Aufwärm-/Abkühlzeiten aufweist, damit Änderungen am Instrument und an der Messung schnell vorgenommen werden können. Schließlich sind für die geplanten Untersuchungen niedrigere Vibrationspegel als bei herkömmlichen Kryostaten auf Pulsrohrbasis erforderlich, was dadurch erreicht wird, dass das Pulsrohr räumlich vom Sondenkopf getrennt ist. Ein solcher Kryostat ist derzeit an der LMU nicht verfügbar.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kryostat mit geringer Vibration für AFM-SQUID-Mikroskopie
• Gerätegruppe: 8520 Kryostaten, Tauchkühler (bis -100 Grd C)
• Antragstellende Institution: Ludwig-Maximilians-Universität München
• Leiter: Professor Milan Allan