Aufbau eines ultrahochauflösenden Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskops:
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Berlin
Mensch und Buch
2012
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I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
1. E I N L E I T U N G 1
1. G R U N D L A G E N U N D A U F B A U E I N E S S T M 5
2. S T M - P R I N Z I P U N D T H E O R E T I S C H E G R U N D L A G E
N 6
2.1. D A S PRINZIP EINES RASTERTUNNELMIKROSKOPS 6
2.2. DER TUNNELEFFEKT 8
2.3. STOERUNGSTHEORETISCHER A N S A T Z 10
2.4. ENERGIEAUFLOESUNG BEI ENDLICHER T E M P E R A T U R 17
2.5. MESSMODI 20
2.5.1. TOPOGRAPHIE 20
2.5.2. SPEKTROSKOPIE 2 1
2.5.3. SPEKTROSKOPIEKARTEN 25
2.5.4. D L / D [ / - K A R T E N 26
3. A U F B A U EINER S U B K E L V I N - S T M - A N L A G E 2 9
3.1. GESAMTKONZEPT 31
3.2. VIBRATIONSISOLATION 34
3.3. DER 3 HELIUM-VERDAMPFUNGSKRYOSTAT 42
3.3.1. WAERMEISOLATION 45
3.3.2. 4 HELIUM-RESERVOIRS 46
3.3.3. 3 HELIUM-EINSATZ 47
3.3.4. TEMPERATURVARIABILITAET DES K R Y O S T A T E N 49
3.4. DAS RASTERTUNNELMIKROSKOP 50
3.4.1. THERMISCHE ANKOPPLUNG U N D 1 K-SCHILD . . . . 52
3.4.2. STM-GEHAEUSE 54
3.4.3. SCANNEREINHEIT 60
3.4.4. MECHANISMUS Z U M WECHSELN DER SPITZE 6 3
3.4.5. XY-TISCH 64
3.4.6. VERKABELUNG DER STM-ANLAGE 67
III
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IMAGE 2
3.5. AUFBAU DER UHV-ANLAGE 71
3.5.1. S T M - K A M M E R 7 1
3.5.2. P R AE P A R A T I O N S K A M M E R M I T UHV-SCHLEUSE . . . . 75
3.5.3. ANALYSEKAMMER 77
3.6. P R AE P A R A T I O N U N D BILDBEARBEITUNG 80
3.6.1. SPITZENPRAEPARATION 80
3.6.2. BILDBEARBEITUNG 82
4. CHARAKTERISIERUNG DER S T M - A N L A G E 8 7
4.1. UHV-ANLAGE 87
4.1.1. AUSHEIZEN 87
4.1.2. RESTGASANALYSE 88
4.2. K R Y O S T A T 9 3
4.2.1. AUFWAERMEN U N D ABKUEHLEN DES K R Y O S T A T E N . . . 9 3
4.2.2. STANDZEITBESTIMMUNG DES KRYOSTATEN 94
4.2.3. TEMPERATURVERLAUF NACH PROBENWECHSEL . . . . 98
4.2.4. HELIUMVERBRAUCH DES K R Y O S T A T E N 98
4.3. RASTERTUNNELMIKROSKOP 101
4.3.1. STM-MESSUNGEN BEI R A U M T E M P E R A T U R 101
4.3.2. STM-MESSUNGEN BEI TIEFEN T E M P E R A T U R E N . . . 105 4.3.3.
ENERGIEAUFLOESUNG BEI B A S I S T E M P E R A T U R 109
4.3.4. TEMPERATURABHAENGIGE MESSUNGEN 115
4.3.5. MAGNETFELDABHAENGIGE MESSUNGEN 118
4.3.6. Z - R A U S C H E N A M TUNNELUEBERGANG 118
4.3.7. ^-STABILITAET DES S T M 123
4.4. FAZIT 124
II. E R S T E S T M - M E S S U N G E N 1 2 8
5. U N T E R S U C H U N G E N A N K O B A L T ( I I ) P H T H A L O C Y
A N I N 129
5.1. P R AE P A R A T I O N 131
5.2. ERGEBNISSE U N D DISKUSSION 133
5.2.1. TOPOGRAPHIEMESSUNGEN A N C O P C A U F H O P G . 133 5.2.2.
SPEKTROSKOPIEMESSUNGEN A N C O P C A U F H O P G . 143
I V
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
6. U N T E R S U C H U N G E N A N LIFEAS 148
6.1. P R AE P A R A T I O N 149
6.1.1. SPALTEN DER P R O B E N BEI R A U M T E M P E R A T U R . . . 151
6.1.2. SPALTEN DER P R O B E N BEI TIEFEN T E M P E R A T U R E N . .
151 6.2. ERGEBNISSE U N D DISKUSSION 152
6.2.1. TOPOGRAPHISCHE MESSUNGEN A N LIFEAS 152
6.2.2. SPEKTROSKOPISCHE MESSUNGEN A N LIFEAS . . . . 161
7. Z U S A M M E N F A S S U N G U N D AUSBLICKE 175
I I I . A N H A N G 1 7 9
A . A N A L Y S E N U N D B E R E C H N U N G E N 1 8 0
A . L . INTERPRETATION DER F F T A U S ABBILDUNG 5.3 180
A.2. BERECHNUNG DER RESONANZFREQUENZ DES SCANNERS . . . . 182
B . P Y T H O N P R O G R A M M E 1 8 4
B . L . B C S - F I T DER S T S - D A T E N 184
B.2. MITTELWERTBILDUNG U N D STANDARDABWEICHUNG 192
B.3. ZEILENWEISE FREQUENZANALYSE VON STM-MESSUNGEN . . . 197
A B B I L D U N G S V E R Z E I C H N I S 2 0 3
TABELLENVERZEICHNIS 2 0 5
LITERATURVERZEICHNIS 2 0 6
V
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