Visualisierung des Unsichtbaren. Einblicke in die Nano-Welt

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1 National Center of Competence in Research Nanoscale Science Visualisierung des Unsichtbaren Einblicke in die Nano-Welt M. Guggisberg National Center of Competence in Research Nanoscale Science Einleitung 1. Was ist Nano? Vom Wassertropfen zum Rastertunnelmikrosokop 2. Interaktiver Einstieg in die Nano-Welt 3. nano3d 1

2 National Center of Competence in Research Nanoscale Science Swiss Virtual Campus Projekt Nano-World Virtuelles Nanotechnologie-Labor Contact: National Center of Competence in Research Nanoscale Science Einleitung 1. Was ist Nano? Vom Wassertropfen zum Rastertunnelmikrosokop 2. Interaktiver Einstieg in die Nano-Welt 3. nano3d 2

3 Vom Wassertropfen zum Rastertunnelmikroskop Eine kurze Geschichte der Mikroskopie Wieso wird aus klarem Regenwasser, das einigetage in einer Tonne steht, eine grünliche Flüssigkeit? Antoni van Leeuwenhoek, Delft,

4 Lichtmikroskope erreichen eine maximal 1500fache Vergrösserung! Licht besteht aus Wellen, deren Länge zwischen 0,4 bis 0,7 Mikrometer (0,000'000 7 Meter), beträgt. Das Auflösungsvermögen von modernen Elektronenmikroskopen übertrifft das der besten Lichtmikroskope um das Tausendfache. 4

5 1mm Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters Nanometer ist die Welt der Atome und Moleküle Atom Apfel Erde 5

6 Original mal 300 mal Electron microscope mal Licht Mikroskop Scanning Tunneling Microscope Das Rastertunnelmikroskop Dieses Messprinzip ist vergleichbar mit einer blinden Person, welche die Oberfläche ihres Buches mit dem Zeigefinger zeilenweise abtastet. 6

7 Film zum Messprinzip Brillenglas 7

8 Kontrastmechanismus bei Nicht-Kontakt Kraftmikroskopie (nc-afm) Si(111)-7x7 surface oscillating tip with: α = 6.6, A = 8nm, f = 0.1Hz 3d-representation of a Si(111)-7x7 surface of oscillating tip surface atoms as seen from tip! Animation: M. Guggisberg & H.-R. Hidber Silizium Atome Animation: H.-R. Hidber 8

9 Vorspiegeln halber Tatsachen 1. single atom tip (unstable) 2. double atom tip (unstable) 3. single atom tip (unstable) 4. double atom tip (unstable) 5. single atom tip, unstable until: defect is filled by atom from the tip 6. stable single atom tip (defect is filled) Refs.: [1] Lantz & Hug et al. unpublished [2] I. Hwang et al., Phys. Rev. Lett. 83, 120 (1999) 9

10 Fe-Atome auf Cu-Einkristall Fe-Atome auf Cu-Einkristall 10

11 Vision eines atomaren Schalters (1999) A first switching experiment Manipulation Lost molecule Tip movement I=214 pa U=1.43 V v tip =5 nm/s Intact DDP layer C 60 on DDP Results Switching in principle possible DDP layer stays intact C 60 are really sitting on top of the DDP Fine tuning of manipulation parameters needed 11

12 National Center of Competence in Research Nanoscale Science Einleitung 1. Was ist Nano? Vom Wassertropfen zum Rastertunnelmikrosokop 2. Interaktiver Einstieg in die Nano-Welt 3. nano3d Ziele des Projektes Nano-World - Interaktive e-learning Module - Öffentlichkeitsarbeit 12

13 Labor I can see atoms too I can see atoms Interaktives Nanoscience Labor 13

14 Studierende können ihre eigenen Messungen starten Lebensdauer leuchtender Einzelmoleküle 14

15 Remote Controllable AFM, P. Fornaro, Delémont Basel Basel Delémont VPN National Center of Competence in Research Nanoscale Science Einleitung 1. Was ist Nano? Vom Wassertropfen zum Rastertunnelmikrosokop 2. Interaktiver Einstieg in die Nano-Welt 3. nano3d 15

16 Ein Bild entsteht Skala 0.4 V 0 V Webapplikation 16

17 Ultraflat surface of Cu(111) Size: 630 x 630 nm non-contact AFM / UHV Microscope Basel, Group Prof. E. Meyer C. Loppacher 17

18 18

19 19

20 NaCl film grown on Cu(111) Size: 9 x 9 nm non-contact AFM / UHV Microscope Basel, Group Prof. E. Meyer Publication: R. Bennewitz et al. Phys. Rev. B, 62:2074,

21 21

22 22

23 Radiation damage in KBr Size: 4.86 x 4.86 nm non-contact AFM / UHV Microscope Basel, Group Prof. E. Meyer Publication: R. Bennewitz et al. Suf.Sci. 474 (2001) 23

24 24

25 Cu-TBPP molecules on Cu(100) Size: 8.0 x 8.0 nm non-contact AFM / UHV Microscope Basel, Group Prof. E. Meyer Publications: C. Loppacher et al., Appl. Phys. A 72 (2001) C. Loppacher et al., PRL, Vol. 90(6) (2003) 25

26 26

27 Nano-Switzerland Size: 9.10 x 7.30 nm non-contact AFM / UHV Microscope Basel, Group Prof. E. Meyer M. Bammerlin

28 28

29 29

30 30

31 Radiation damage in KBr Size: 5.00 x 5.00 nm non-contact low temerature AFM, Group H. Hug Publication: M. Lantz et al.,phys. Rev. Lett., 84(12):2642,

32 32

33 33

34 34

35 National Center of Competence in Research Nanoscale Science Vielen Dank H.-J. Güntherodt Tibor Gyalog C. Loppacher R. Bennewitz M. Hauger Heinz Breitenstein Peter Fornaro Hans - Rudolf Hidber Stefan Messmer Peter Reimann Hans Hug Ernst Meyer Regina Hoffmann Alexis Baratoff Christoph Gerber Martin Hegner Thomas Jung M. Bammerlin J.Lü O. Pfeiffer Rasterkraftmikroskop 35

36 National Center of Competence in Research Nanoscale Science Rückblick Elektronenröhre --> Transistor Integrierte Schaltkreise Notebook Mobiles Telefon Internet 36

37 37

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