Charakterisierung von Nanostrukturen mittels Raster-Tunnel-Mikroskopie und Raster-Tunnel-Spektroskopie

Abstract

In die Aktivitäten der Abteilung Festkörperphysik sollte die Raster-Sonden-Mikroskopie mit ihrem breiten Potential als Analyse-Methode eingebettet und grundlagenorientiert das Verständnis und die Möglichkeiten insbesondere der Raster-Tunnel-Mikroskopie und -Spektroskopie (STS) vorangetrieben werden. Hierzu waren Instrumente zu entwickeln und aufzubauen, die höchsten Ansprüchen insbesondere in Bezug auf die Stabilität und damit die Messgenauigkeit genügen. Ein erklärtes Ziel dieser Arbeit wird es folglich sein, mithilfe der neuen Instrumente aus der STS weitere Informationen über die untersuchten Systeme zu extrahieren. In einem zweiten Bereich sollten Untersuchungen durchgeführten werden, die einen Beitrag zu den seit Jahren sehr intensiven Bemühungen leisten, Quantum-size-Effekte einerseits zu messen und zu verstehen und andererseits auszunützen, um Materialien bzw. Systeme mit neuen Eigenschaften herzustellen. Einer dieser Quantum-size-Effekte ist die Coulomb-Blockade, bei der einzelne Elektronen die Transporteigenschaften des Systems definieren. Auf dieser Basis lassen sich Ein-Elektronen-Transistoren realisieren, die wegen ihrer Kleinheit die Elektronik der kommenden Generationen gravierend beeinflussen dürften. Die Kleinheit bietet nicht nur einen schier unvorstellbaren Integrationsgrad, sie bietet auch durch den Übergang in den Quantenbereich die Möglichkeit zu nichtklassischen Eigenschaften und damit zum Quantum-computing. Während auf Halbleitern basierende SETs wegen der zur Verfügung stehenden, ausgefeilten Technologie im Verständnis bereits sehr weit fortgeschritten sind, ist ihre Anwendbarkeit wegen noch zu großer Strukturen auf tiefe Temperaturen eingeschränkt. Metallische Systeme, die bei Zimmertemperatur betrieben werden könnten, bedürfen wegen der notwendigen kleinen Abmessungen von wenigen Nanometern, bei denen die eben besagten Quantum-size-Effekte mehr und mehr zum Tragen kommen, noch einer sehr intensiven Forschung.