Det är ett av de mest exakta mätinstrumenten som finns idag:det högpresterande mikroskopet vid Institute of Applied Physics i TU Wien förvärvar bilder av enskilda atomer genom att flytta spetsen på en fin nålspets över en yta. Placeringen av denna spets måste kontrolleras med en precision inom området för pikometrar, d.v.s. miljardels millimeter. "Detta liknar att styra en nål med hela jordens diameter till en millimeter precision, "förklarar prof. Michael Schmid från Institute of Applied Physics vid TU Wien.

Varje slags vibration gör mikroskopet oanvändbart, så att få ut den bästa prestandan av ett sådant instrument är en allvarlig teknisk utmaning. På TU Wien, detta uppnåddes med en speciell inställning som dämpar vibrationer till en mycket låg nivå; även vibrationer med mycket låg frekvens, som är svårast att kontrollera. Hela 1 ton instrument hänger på bungee -snören, och ett elektroniskt styrsystem justerar fjädringen för att hålla den jämn. Detta nyutvecklade system har nu patenterats.

Tar mätningar i centrala Wien

"Andra forskargrupper driver liknande mikroskop i separata källare, eller i specialdesignade byggnader, "säger professor Ulrike Diebold. Hon tilldelades 2013 Wittgenstein -priset, och en del av hennes prispengar användes för att köpa detta högpresterande mikroskop som kombinerar skanningstunnelmikroskopi med atomkraftsmikroskopi. "När jag på konferenser nämner att vi driver vårt instrument i ett höghus mitt i Wien, direkt ovanför tunnelbanan, kollegor är förvånade. "

"Vi insåg snabbt att konventionell vibrationsdämpning inte skulle räcka i vårt fall, "säger Michael Schmid." Kommersiellt tillgängliga lösningar filtrerar högfrekventa vibrationer, men det är svårt att bli av med de låga frekvenserna. "

Michael Schmid analyserade först vibrationerna:vind får byggnaden att pendla med en frekvens på några få Hertz, och tunnelbanan väcker vibrationer varje gång den passerar under. Något äkta detektivarbete var nödvändigt att hitta, till exempel, ursprunget till en mystisk 20 Hertz -vibration som var så stark att det gjorde omöjliga mätningar - men bara vid vissa tider på dygnet. "Det tog oss ett tag att inse att denna vibration orsakas av kompressorer i källaren som används för att kondensera helium, säger Michael Schmid.

Vibrationsproblemet löstes slutligen genom att hänga upp mikroskopet från taket, tillsammans med hela metallhuset. Den hänger på bungee -snören eftersom dessa har elastiska egenskaper som är särskilt väl lämpade för att dämpa lågfrekventa vibrationer. Sladdarna var sammanflätade i ett speciellt arrangemang för att samtidigt dämpa vibrationer som kommer från olika riktningar. Enheten flyter cirka två millimeter över marken, och avståndet övervakas med positionssensorer. Om höjden ändras, systemet justerar automatiskt igen genom att dra i ytterligare bungykablar med en av tre separata elmotorer. "Det är viktigt eftersom vikten skiftar under experimenten, "förklarar Michael Schmid." Vi använder flytande kväve för att kyla våra prover. När kväve avdunstar, en del blir lättare, men den övergripande konstruktionen måste förbli exakt horisontell. "

Perfekta bilder

Med denna speciella upphängning var det möjligt att utnyttja den fulla potentialen i det högpresterande mikroskopet, trots det ogynnsamma läget. "Alternativet hade varit att söka efter laboratorier i en annan byggnad, men det hade haft andra nackdelar, "säger Ulrike Diebold." På andra ställen skulle vi inte ha lätt tillgång till flytande kväve och flytande helium. Infrastrukturen är utmärkt här i Freihaus i TU Wien mitt i staden. Bara vibrationsförhållandena är allt annat än optimala. "

Många mätningar har utförts med den speciella vibrationsdämpningen och har redan resulterat i flera vetenskapliga publikationer. Nu har uppfinningen patenterats med stöd av forsknings- och överföringsstöd från TU Wien. "Naturligtvis hoppas vi att andra institutioner kommer att ta upp vår idé och också förbättra sina resultat så drastiskt som vi gjorde, säger Michael Schmid.