Rastertunnelmikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Gerät ist seit Inbetriebnahme hauptsächlich in drei verschiedenen Forschungsprojekten zum Einsatz gekommen. Das erste Forschungsprojekt befasst sich mit der Abscheidung von Einzelmolekülmagneten auf elektrisch leitfähigen Substraten und der Untersuchung von deren Eigenschaften auf der Skala individueller Moleküle und wird momentan im Rahmen des SFB 767 (Projekt C5) durchgeführt. Einzelmolekülmagnete weisen ein einzigartiges, bistabiles magnetisches Verhalten auf, in dem sich verschiedene Quanteneffekte (Quantentunneln der Magnetisierung, Berry-Phase Oszillationen) beobachten lassen. Die Untersuchung von Einzelmolekülmagneten ist nicht nur aus Sicht der Grundlagenforschung von Interesse, sondern bietet auch eine Perspektive für die zukünftige Erhöhung der Speicherdichte magnetischer Datenspeicher. Die größte Herausforderung liegt dabei in der Deposition intakter Einzelmolekülmagnete auf Oberflächen. Die Arbeit des Forschungsprojektes hat sich bisher auf verschiedene Mn 12-Derivate und Fe 4-Derivate konzentriert. Im Rahmen dieser Experimente wurde eine Apparatur zur Electrospray Deposition (ESD) aufgebaut, mit der komplexe und fragile Moleküle in situ auf beliebige elektrisch leitfähige Substrate deponiert werden können. Hierbei konnte zum ersten Mal eine Anordnung von Einzelmolekülmagneten in geordneten, zweidimensionalen Inseln beobachtet werden. Darüber hinaus wurden die lokalen elektronischen Eigenschaften eines neuartigen Fe 4H-Komplexes untersucht. Bei den spektroskopischen Messungen an einzelnen Fe 4H Molekülen konnten inelastische Spinanregungen beobachtet werden. Das zweite Forschungsprojekt widmet sich der Untersuchung von Graphen Schichten und Graphen Flocken. Graphen zeichnet sich durch eine Vielzahl an physikalisch interessanten Effekten aus, die mit einer linearen Dispersionsrelation am K-Punkt zusammenhängen. Das Rastertunnelmikroskop ermöglicht einen ortsaufgelösten Zugriff auf Eigenschaften, die mit den Randstrukturen von lateral eingeschränkten Graphen-Flocken auf der Nanometer-Skala zusammenhängen. Diese Arbeiten werden im Rahmen von ESF EuroGRAPHENE und SPP 1459 Graphen durchgeführt. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Präparation und Untersuchung von Graphen Nanoflocken auf Metalloberflächen. Hierbei wurde die atomare Geometrie der Nnaoflocken detailliert untersucht. Darüber hinaus konnte die Quasiteilchendynamik in den Graphen Nanoflocken untersucht werden. Das dritte Forschungsprojekt untersucht die Realisierung eines molekularen Transistors, in dem es möglich ist, die zum elektrischen Transport beitragenden molekularen Niveaus energetisch zu verschieben. Auf Grund der räumlichen Einschränkung ist es besonders schwierig, eine dritte Gate- Elektrode in einem Rastertunnelmikroskop zu implementieren. Um dies zu ermöglichen wurde der Ansatz verfolgt, Graphen auf SiO2 / Si als Substrat zu verwenden, wobei Si und Graphen unabhängig voneinander elektrisch kontaktiert werden können und als Drain- bzw. Gate-Elektrode dienen. Auf Grund der geringen Zustandsdichte des Graphens wird nur ein Bruchteil des elektrischen Feldes, das durch das am Silizium angelegte Potential erzeugt wird, vom Graphen abgeschirmt. Auf diese Weise konnten Gate-abhängige rastertunnelspektroskopische Messungen durchgeführt werden, wobei die molekularen Niveaus eines auf dem Graphen deponierten Cobalt-Phthalocyanin Moleküls durch eine Gate-Spannung verschoben werden konnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- In situ fabrication of quasi-free-standing epitaxial graphene nano-flakes on gold. ACS Nano 8, 3735 (2014)
P. Leicht, L. Zielke, S. Bouvron, R. Moroni, E. N. Voloshina, L. Hammerschmidt, Y. S. Dedkov, and M. Fonin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/nn500396c) - Revealing the Rashba splitting at the nanoscale by quasiparticle interference mapping. Phys. Rev. B 90, 241406(R) (2014)
P. Leicht, J. Tesch, S. Bouvron, F. Blumenschein, P. Erler, L. Gragnaniello, and M. Fonin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.241406) - Highly Ordered Surface Self-Assembly of Fe4 Single Molecule Magnets. Nano Lett. 2015
P. Erler, P. Schmitt, N. Barth, A. Irmler, S. Bouvron, T. Huhn, U. Groth, F. Pauly, L. Gragnaniello, and M. Fonin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b01120) - Scanning probe microscopy and spectroscopy of graphene on metals (feature article). Phys. Status Solidi B 252, 451 (2015)
Yu. Dedkov, E. Voloshina, and M. Fonin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/pssb.201451466)
