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Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskopie

Strukturen einzelner Moleküle sichtbar machen

Wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) und der University of Newcastle (UON) in Australien stellen eine Methode vor, um die chemische Struktur einzelner Moleküle sichtbar zu machen.

Für die Messungen benötigt man ein Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskop mit einer äußerst scharfen Spitze, welche nur aus einem einzelnen CO-Molekül besteht, sowie Stimmgabelsensoren (qPlus-Sensoren), welche Schwingungen im Bereich von nur wenigen Picometern angeregt werden können. Sie berichten in der Zeitschrift “Nanoscale”.

Durch das Anregen einer Torsionsschwingung des Sensors erhält man einen besonders hohen Bildkontrast. © Miriam und Daniel Ebeling

Bislang wurden die Stimmgabelsensoren so betrieben, dass die CO-Spitze senkrecht zur Probenoberfläche oszilliert. Den Wissenschaftlern der JLU und der UON ist es jetzt gelungen, eine Torsionsschwingung (also eine Verdrehung entlang der Längsachse) der Sensoren für solche hochauflösenden Messungen von Molekülen zu nutzen. Hierdurch oszilliert die CO-Spitze annähernd parallel zur Oberfläche. Dies liefert einen hohen Bildkontrast, der auf Lateralkräften mit besonders hoher Abstandsabhängigkeit beruht.

Solche Messungen konnten bisher nur mit speziellen Lateralkraftsensoren durchgeführt werden. Der Vorteil bei der hier vorgestellten Methode: Durch den Betrieb bei einer anderen Resonanzfrequenz ist es leicht möglich, zwischen der gewöhnlichen Bond-Imaging-Methode und der Lateralkraftmethode zu wechseln. Damit entfällt die Notwendigkeit, den kompletten Sensor zu tauschen, was bei Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskopen sehr aufwändig ist.

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Förderung und Ausblick
Die Arbeiten wurden bisher unter anderem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. In Zukunft möchten die Wissenschaftler die neue Technik verwenden, um im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts PriOSS (Principles of On-Surface Synthesis) molekulare Reaktionsprozesse auf Oberflächen zu untersuchen.

Originalpublikation:
Daniel Martin-Jimenez, Michael G. Ruppert, Alexander Ihle, Sebastian Ahles, Hermann A. Wegner, André Schirmeisen and Daniel Ebeling: Chemical bond imaging using torsional and flexural higher eigenmodes of qPlus sensors. Nanoscale 14, 5329, 2022; https://doi.org/10.1039/D2NR01062C

Quelle: Justus-Liebig-Universität Gießen

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