Rastersondenmikroskopie mit einer Quantenspitze

(Nanowerk News) Mit der k√ľrzlich entwickelten Technik der "cold-atom scanning probe microscopy" vermessen Physiker der Universit√§t T√ľbingen das Kraftfeld einer Kohlenstoff-Nanor√∂hre.
Dispersionskr√§fte spielen eine zentrale Rolle bei der Anziehung zwischen Atomen und Molek√ľlen. Sie beeinflussen nicht nur die Strukturbildung der Materie, sondern auch die Reibung in mikromechanischen Systemen, wie sie heutzutage z.B. als Beschleunigungs- oder Rotationssensoren in Autos und Smartphones Verwendung finden. Auch in unserer makroskopischen Welt lassen sich die Konsequenzen der Dispersionskr√§fte eindrucksvoll beobachten, wenn sie z.B. Spinnen und Geckos erlauben, sich kopf√ľber an Decken und W√§nden zu bewegen. Wegen ihrer fundamentalen Bedeutung sind Dispersionskr√§fte ein zentrales Forschungsthema der Nanowissenschaften.
Forschern der Universit√§t T√ľbingen ist es nun gelungen, eine neue Technik f√ľr die Messung dieser Dispersionskr√§fte zu entwickeln. Als Grundlage dient das von ihnen entwickelte "cold-atom scanning probe microscope", bei dem die Oberfl√§che einer Probe mit einer ultrakalten verd√ľnnten Gaswolke als Sondenspitze abgetastet wird. Dabei k√ľhlen die Wissenschaftler ein besonders reines Gas aus Rubidiumatomen auf Temperaturen unterhalb von einem Millionstel Grad √ľber dem absoluten Nullpunkt ab und speichern die Atome in einer Magnetfalle. Diese "Quantenspitze" kann pr√§zise positioniert werden und erm√∂glicht so genaue Messungen der Wechselwirkungen zwischen Atomen und nanostrukturierten Oberfl√§chen.
Abtasten einer Kohlenstoff-Nanoröhre mit einer ultrakalten Atomwolke
Die Abbildung zeigt das Abtasten einer Kohlenstoff-Nanor√∂hre mit einer ultrakalten Atomwolke (gelb). Die Atomwolke dient als Quantenspitze im neuen Rastersondenmikroskop. Das integrierte magnetische F√∂rderband (unten zu sehen) dient zur Nanopositionierung der Quantenspitze. (Abb: Uni T√ľbingen)
In ihrer Ver√∂ffentlichung in der aktuellen Ausgabe von Nature Nanotechnologie ("Dispersion forces between ultracold atoms and a carbon nanotube") berichten Prof. Dr. J√≥zsef Fort√°gh, Dr. Andreas G√ľnther und ihre Mitarbeiter wie man mit Hilfe dieses Mikroskops Dispersionskr√§fte an Nano-Objekten vermessen kann. Dazu bringen sie die Quantenspitze in Ber√ľhrung mit einer Kohlenstoff-Nanor√∂hre, einer der wichtigen Baumaterialien der Nanotechnologie, und beobachten die zeitlich aufgel√∂ste Wechselwirkung. Damit sind sie erstmals in der Lage, winzige Dispersionskr√§fte mit bislang unerreichter Sensitivit√§t zu nachzuweisen. Die Methode bietet neue M√∂glichkeiten f√ľr die Erforschung und Charakterisierung von Materialeigenschaften in der Nanotechnologie.
Die Autoren arbeiten am T√ľbinger Center for Collective Quantum Phenomena (CQ) des Fachbereichs Physik der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakult√§t. Die zwei mittlerweile promovierten Mitarbeiter Dr. Philipp Schneewei√ü und Dr. Michael Gierling haben f√ľr ihre Arbeiten zur Rastersondenmikroskopie mit ultrakalten Atomwolken den Nanowissenschaftspreis 2011 der Arbeitsgemeinschaft der Nanotechnologie-Kompetenzzentren in Deutschland erhalten.
Die Studie entstand im Rahmen des BMBF-Forschungspreises "NanoFutur", des Sonderforschungsbereich/Transregio 21, und des Kompetenznetzes "Funktionelle Nanostrukturen" der Baden-W√ľrttemberg-Stiftung.
Source: Eberhard Karls Universit√§t T√ľbingen
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