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Rastertunnelmikroskopie mit gepulster Laseranregung

NanomaterialienCharakterisierung in biologischen Umgebungen

Nanomaterialien: Charakterisierung in biologischen Umgebungen

Das hyperspektrale Dunkelfeld-Mikroskop der Firma Cytoviva ermöglicht die Bildgebung und spektrale Charakterisierung einer großen Anzahl an Nanomaterialien, ohne dass eine fluoreszente Markierung oder zeitaufwändige Vorbereitung der Proben notwendig ist.

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Hochaufgelöste MikroskopieRastertunnelmikroskopie mit gepulster Laseranregung

Heutzutage bilden optische Methoden physikalische, chemische oder biologische Prozesse auch auf ultrakurzen Zeitskalen ab. Physikern der Universität Göttingen ist es gelungen, gepulste Laseranregung mit der Rastertunnelmikroskopie zu verbinden.

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Galliumarsenid

Als erste Anwendung ihres neuen Verfahrens studierten sie Ladungsprozesse an und innerhalb von Halbleiteroberflächen. So konnten sie erstmals den Einfluss von atomaren Defekten, beispielsweise isolierte Siliciumatome, im Galliumarsenid messen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen.

Bei der Rastertunnelmikroskopie tastet eine sehr dünne metallische Spitze eine kristalline Oberfläche ab. Dabei ist es möglich, die messende Sonde, also die Spitze des Mikroskops, genauer als ein Millionstel eines Haardurchmessers auf der Oberfläche zu positionieren. „Wird das System nun mit kurzen Laserpulsen angeregt, können anschließend die optisch ausgelösten dynamischen Prozesse auf atomarer Skala vermessen werden – auf superschnellen Zeitskalen und mit superscharfer Auflösung“, so Mitautor Philipp Kloth vom IV. Physikalischen Institut der Universität Göttingen.

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Die untersuchten Systeme und die damit verbundenen Ladungsdynamiken spielen bereits heute eine bedeutende Rolle in der Photovoltaik oder in der Computertechnologie. „Will man in Zukunft halbleiterbasierte Bauteile noch weiter verkleinern und dadurch effizienter gestalten, sind die gewonnen Erkenntnisse essentiell wichtig“, sagt Mitautor Dr. Martin Wenderoth vom IV. Physikalischen Institut.

Die gezielte Energieumwandlung auf kleinster Skala zu kontrollieren und damit langfristig alternative Konzepte zur Lösung der Energiefrage zu entwickeln, ist ein wichtiger Forschungsschwerpunkt am Göttingen Campus. Der Sonderforschungsbereich „Kontrolle von Energiewandlung auf atomaren Skalen“, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, umfasst eine Vielzahl von Forschergruppen, die mithilfe modernster Verfahren grundlegende physikalische Prozesse auf atomarer Skala verstehen und nutzbar machen wollen. Das im Forschungsprojekt von Wenderoth, Prof. Dr. Claus Ropers und Prof. Dr. Alec Wodtke entwickelte Experiment stellt hierbei einen wichtigen Baustein dar.

Originalveröffentlichung:
Philipp Kloth und Martin Wenderoth: From time-resolved atomic-scale imaging of individual donors to their cooperative dynamics, Science Advances, Doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.1601552.

Kontakt:
Dr. Martin Wenderoth
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – IV. Physikalisches Institut
E-Mail: wenderoth@ph4.physik.uni-goettingen.de
Internet: www.uni-goettingen.de/de/500611.html

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