Rastersondenmikroskop mit Nanopositionierung

Aufgrund der sehr hohen erreichbaren Auflösung bis hin zu atomaren Dimensionen sind Raster-Sonden-Mikroskope zu einem der wichtigsten Werkzeuge in den Nanowissenschaften avanciert. Jedoch gehen kommerzielle Instrumente oftmals Kompromisse zwischen Nutzerfreundlichkeit und Abbildungseigenschaften ein. Das übergeordnete Projektziel war es daher, durch Integration eines sehr stabilen und zuverlässigen „attocube“-Nanopositionierers in eine angepasste Mikroskop-Architektur ein einfach zu bedienendes, aber dennoch stabiles Raster-Sonden-Mikroskop mit hervorragenden Abbildungseigenschaften und variablen Einsatzmöglichkeiten zu konzipieren.

Konstruktionsgrundlage war die in Vorversuchen optimierte Einbaulage des Nanopositionierers. Darauf aufbauend wurden zwei unterschiedliche Typen von Raster-Sonden-Mikroskopen für den Einsatz unter Umgebungsbedingungen und im Ultrahoch-Vakuum realisiert. Deren Abbildungseigenschaften profitieren maßgeblich von der inhärenten Stabilität des Nanopositionierers, zusätzlich tragen ein symmetrischer Aufbau und die Verwendung von Spezialmaterialien zu optimierter Driftstabilität bei. Durch variable Gestaltung der Sondenaufnahme können die Instrumente sowohl als Raster-Tunnel-Mikroskop als auch als Raster-Kraft-Mikroskop basierend auf Quarz-Stimmgabeln betrieben werden. Für Vakuumexperimente wurde eigens eine auf das Mikroskop abgestimmte Vakuumanlage mit integrierten Einrichtungen für die Probenpräparation und -handhabung aufgebaut. Die Leistungsfähigkeit beider Mikroskope wurde in einer Vielzahl von hochauflösenden Experimenten zur supramolekularen Selbstassemblierung demonstriert. Die optimierte Nutzerfreundlichkeit kommt unter anderem in einer sehr effizienten Annährungsroutine und in einer deutlich vereinfachten Handhabung zum Ausdruck.