Leiden ontwikkelt meest stabiele microscoop ter wereld

Geplaatst op 07 mei 2019 om 14:00 uur
Leiden ontwikkelt meest stabiele microscoop ter wereld
De Leidse promovendus Irene Battisti heeft de meest trillingvrije cryogene scanning tunneling microscoop (STM) ter wereld gemaakt. Samen met de Fijn Mechanische Dienst, die volgens de universiteit over ‘unieke kennis’ beschikt De microscoop moet nieuw licht werpen op hoe onconventionele supergeleiding precies werkt.

Een scanning tunneling microscoop is uiterst gevoelig. Een meetnaald, waarvan het uiteinde atomair scherp is, wordt op een afstand van een paar angstrom gebracht van het monster. Dus de trillingen tussen de meetnaald en het monster moeten miniem zijn. Maar dat is nog niet alles. Battisti wilde een cryogene microscoop te maken, met een temperatuur van ongeveer 4 Kelvin. Deze ultra-lage temperaturen zijn noodzakelijk bij spectroscopie, om zo de elektrische eigenschappen van materialen tot op atomaire schaal te kunnen visualiseren. "Dit bemoeilijkt de zaken enorm, omdat de mechanica van gewone STM's niet geschikt is voor zulke lage temperaturen", legt Battisti uit. Daarom moest ze met saffier werken. "Dit materiaal is niet alleen duur, maar door zijn hardheid ook erg moeilijk te bewerken."

 

Een van de meest trillingvrij plekken ter wereld

En met alleen stijve materialen ben je er nog niet; de plek waar de microscoop staat moet ook geschikt zijn. Nu is de Meethal in het Gorlaeus Gebouw ontworpen om trillingen te isoleren. Volgens de architect is het zelfs een van de meest trillingvrije plekken ter wereld. Dit wordt bereikt door een aparte fundering, waarop een betonnen 'eiland' van 30 ton is opgehangen met behulp van springveren, waarop een met lood gevulde tafel is geplaatst op een tweede set veren. Combineer dit met een uniek ontwerp van de microscoop en je hebt de meest stabiele cryogene STM ter wereld.

 

De Fijn Mechanische Dienst is essentieel

Waarom dit niet eerder is gedaan? "Pas sinds kort is de technologie ver genoeg gevorderd om deze microscoop te kunnen bouwen. Maar nog belangrijker is dat de Fijn Mechanische Dienst (FMD) over cruciale kennis en vaardigheden beschikt, die vrij uniek zijn in de wereld."


Hoge-temperatuur supergeleiders


De groep van Milan Allan, waar Battisti onderdeel van uitmaakt, bestudeert kwantummaterialen, waaronder hoge-temperatuur supergeleiders. “Normaal gesproken worden materialen supergeleidend onder de 4 Kelvin”, legt Battisti uit. “Hiervoor heb je vloeibare helium nodig, dat erg duur is. Maar sommige materialen worden supergeleidend tussen de 100-150 Kelvin, waarvoor je het veel gangbaardere vloeibare stikstof kunt gebruiken.”

Het blijft alleen een mysterie hoe deze hoge-temperatuur supergeleiders precies werken, waardoor het moeilijk is om ze in de praktijk toe te passen. “We weten dat golven elkaar kunnen verstoren”, zegt Battisti. “En door het interferentiepatroon van golven te bestuderen, kunnen we meer te weten komen over de eigenschappen van de golf. Vanuit de kwantummechanica weten we dat we elektronen niet alleen kunnen beschouwen als deeltjes, maar ook als golven: de golf-deeltjesdualiteit. De experimenten die wij willen doen, richten zich op deze golfachtige eigenschappen van elektronen. Met onze nieuwe STM kunnen we de interferentie tussen verschillende elektronengolven op het oppervlak van het materiaal visualiseren. Uit deze patronen kunnen we dan eigenschappen van de elektronen zelf halen, en daarmee eigenschappen van het materiaal.”
 
© Engineersonline.nl