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Rasterkraft- und Wirbelstrommikroskopie

Die Wirbelstrommikroskopie ist ein Ableger der Rasterkraftmikroskopie, bei der eine winzige Tastspitze über eine Oberfläche gerastert wird (siehe Abb. 1). Dieses Plattenspieler-Prinzip ermöglicht es, die Struktur einer Oberfläche auf atomarer Skala zu vermessen.

Abb. 1: Funktionsprinzip des Rasterkraftmikroskops (RKM oder AFM)

Als Beispiel sieht man in Abb. 2 eine nur aus einer Schicht Atomen bestehende Lage Graphit auf einer Glasoberfläche, Abb. 3 zeigt Strukturen, die sich auf einer Salzoberfläche ausbilden, wenn diese mit einem Lösungsmittel besprüht wird. In beiden Bildern erkennt man deutlich bevorzugte Richtungen, die durch die Kristallsymmetrie festgelegt werden.

Abb. 2: Graphenschichten auf Glassubstrat Abb. 3: Ätzlöcher in KBr durch Ethanol

Durch den Einsatz verbesserter Messtechniken können auch Informationen gewonnen werden, die über die reine Morphologie hinaus gehen. Ein Beispiel dafür ist die Wirbelstrommikroskopie. Dazu wird die Tastspitze magnetisiert und in größerem Abstand über die Probe gerastert. Auf diese Weise wird die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der Spitze und der Probe gemessen. Diese hängt natürlich unmittelbar von den physikalischen Eigenschaften, z.B. der elektrischen Leitfähigkeit der Probe ab. Da gleichzeitig immer auch die Morphologie gemessen wird, lassen sich lokal aufgelöste Bilder der Leitfähigkeit erstellen.

Wir möchten diese Methode nutzen, um die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme auf mikroskopischer Ebene zu verstehen. Dazu sollen die verschiedenen Mechanismen, die die elektrische Leitfähigkeit beeinflussen, identifiziert werden, indem sie gezielt ausgeschaltet oder verstärkt werden. Zum Beispiel erhöht die Bedeckung der Probe mit Adsorbaten (Wasser, Fremdmoleküle, ) die Energiedissipation. Dieser Effekt spielt in der makroskopischen Welt keine große Rolle, ist aber wichtig, um die Grundlagen der Energiedissipation zu verstehen.

Diese Arbeiten sind in einen großen Forschungsverbund (SFB) eingebettet, der die Energiedissipation an Oberflächen aus ganz verschiedenen Perspektiven beleuchtet.

Aktuelle Veröffentlichungen: