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"Das Kristallwachstum konnte man bislang nur mit
optischen Geräten beobachten, die allerdings keine einzelnen Atome
detektieren können", erklärt der Projektleiter Dr. Markus Pristovsek
vom Institut für Festkörperphysik der TU Berlin. "Unser Mikroskop ist
dagegen erstmals in der Lage, das Kristallwachstum in der Gasphase zu
beobachten, wobei die Bauteile, die eigentlich für eine maximale
Hitzeeinwirkung von 200?C ausgelegt sind, Temperaturen bis zu 600?C
aushalten müssen."
Die Schwierigkeiten bei der Entwicklung lagen
allerdings nicht nur in den hohen Temperaturen. Pumpen verursachen
außerdem elektrische Störungen und Schwingungen, die auf ein Zehntel
des Atomdurchmessers gedämpft werden mussten. Daher hielt man es zuvor
für unmöglich, unter diesen Bedingungen ein Bild der Oberfläche im
Nanometermaßstab zu erhalten. Dass es den TU-Wissenschaftlern nun
trotzdem gelang, ist einer speziellen Schwingungsdämpfung und einem
speziell entwickelten Kühlmechanismus zu verdanken. Erste Bilder
wurden erfolgreich aufgenommen, und zeigten Stufen aus einzelnen
Atomen bei Temperaturen bis 600°C, den typischen realen
Wachstumstemperaturen, die bisher in anderen Aufbauten noch nie
erreicht wurden.
"Dabei wird eine Wolframnadel, an deren Spitze sich
ein einziges Atom befindet, im Abstand eines Atomdurchmessers, also
Bruchteile eines Nanometers, über eine Oberfläche bewegt", erklärt
Markus Pristovsek. "Der je nach Abstand unterschiedliche Stromfluss
erlaubt dann, ein Bild der Höhenstruktur und der Position einzelner
Atome auf der Oberfläche zu gewinnen." Neueste Ergebnisse zeigen, wie
sich die Größe von Quantenpunkten unmittelbar nach dem Wachstum
verändert. Das ermöglicht die gezielte Einstellung von Größen und
Eigenschaften der Quantenpunkte.
Das neuartige Rastertunnelmikroskop basiert auf
einem Prinzip, für das der deutsche Physiker Gerd Binnig zusammen mit
seinem Schweizer Kollegen Heinrich Rohrer 1986 den Nobelpreis für
Physik erhielt, gleichzeitig mit dem Nobelpreis für das
Elektronenmikroskop von Ernst Ruska, den die TU Berlin ebenfalls zu
ihren berühmten Forschern zählt.
Die siebenjährigen Entwicklungsarbeiten unter der
Leitung von Dr. Markus Pristovsek wurden in der Arbeitsgruppe von
Prof. Dr. Wolfgang Richter begonnen. Fortgeführt wird es nun von dem
neu berufenen Prof. Dr. Michael Kneissl. Finanziert wurden die
Arbeiten im Rahmen eines Sonderforschungsbereichs (Sfb 296,
Sprecherhochschule TU Berlin: Wachstumskorrelierte Eigenschaften
niederdimensionaler Halbleiterstrukturen), dessen
Hauptforschungsobjektes Quantenpunkte sind, wie sie zum Beispiel in
Halbleiterlasern und anderen optoelektronischen Bauelementen benutzt
werden. Die auf lange Sicht angelegte Förderung machte ein solches
Projekt erst durchführbar.
Es stehen Videoclips zur Verfügung (siehe unten),
auf denen man direkt verfolgen kann, wie Quantenpunkte bei 475°C
während der Messung verdampfen sowie eine computeranimierte Aufnahme
des Geräts selbst. |
