Ph.D. kandidaten Irene Battisti från Leiden Institute of Physics har utvecklat det mest vibrationsfria kryogena tunnelmikroskopet i världen. Det nya mikroskopet kan belysa okonventionell supraledning.

Ett scanning tunneling microscope (STM) är extremt känsligt. En mätnål med en atomiskt skarp spets är placerad bara några ångström från ett prov. Detta är ungefär en atoms diameter, så vibrationerna mellan nålen och provet måste vara extremt små. Som referens, toppen av Mount Everest skulle få vibrera mindre än storleken på en bakterie. Dessutom, Battisti hade som mål att göra ett kryogent mikroskop med en temperatur runt 4 Kelvin – nästan absolut noll. Dessa ultralåga temperaturer behövs för spektroskopisk visualisering av materialens elektroniska egenskaper ner till atomär skala. "Detta komplicerar saker och ting mycket, eftersom mekaniken i vanliga STM inte lämpar sig för så låga temperaturer, " förklarar Battisti. Därför, hon arbetade med safir. "Detta material är inte bara dyrt, men dess seghet gör det också mycket svårt att bearbeta, " hon säger.

Ultramikroskopihallen i Gorlaeus-byggnaden har designats för att isolera vibrationer. Enligt arkitekten, det är en av de mest vibrationsfria platserna i världen. Detta uppnås genom en separat stiftelse, på vilken en "ö" av betong på 30 ton är upphängd genom fjädrar, toppat med ett blyfyllt bord placerat på en andra uppsättning fjädrar. Kombinerat med mikroskopets unika design, systemet skapar den mest stabila kryogena STM i världen.

Men varför har inte detta gjorts tidigare? "Först nyligen har teknologin utvecklats tillräckligt för att bygga detta mikroskop. Men ännu viktigare, Finmekaniska avdelningen (FMD) i Leiden har avgörande kunskap och kompetens, som är ganska unika i världen." Battisti arbetade nära tillsammans med Kees van Oosten och Gijsbert Verdoes från MKS. "De är verkligen en del av vår forskargrupp. Och det faktum att vi ligger i samma byggnad var riktigt bekvämt och förbättrade samarbetet kraftigt, säger Battisti.

Milan Allans grupp, som Battisti är en del av, studerar kvantmaterial, inklusive högtemperatursupraledare. "I vanliga fall, material blir supraledande under 4 Kelvin, "Battisti förklarar." Detta kräver flytande helium för kylning, vilket är väldigt dyrt. Men vissa material blir supraledande vid 100-150 Kelvin, som bara kräver lättillgängligt flytande kväve. "

Dock, hur dessa högtemperatursupraledare fungerar förblir ett mysterium, vilket gör det svårt att faktiskt tillämpa dem praktiskt. "Sedan jag började min doktorsexamen, vi har arbetat hårt för att förstå detta mysterium, tillsammans med våra kollegor från Lorentz Institute. Med denna nya STM, Jag hoppas kunna lägga till några viktiga bitar i pusslet. Vi vet att vågor kan störa varandra, " säger Battisti. "Och genom att studera interferensmönstret för vågor, vi kan lära känna något om våglängden eller vågegenskapen. Från kvantmekaniken, vi vet att vi kan se elektroner som partiklar, men också som vågor-vågpartikel-dualiteten. De experiment som vi vill genomföra tittar på de vågliknande egenskaperna hos elektroner. Och med vår nya STM, vi kan visualisera störningen mellan dessa elektronvågor på materialets yta. Från dessa mönster, vi kan sedan extrahera egenskaperna hos själva elektronerna, och därmed materialets egenskaper. "