National Center of Competence in Research Nanoscale Science Visualisierung des Unsichtbaren Einblicke in die Nano-Welt M. Guggisberg www.nccr-nano.org www.nano-world.org 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 National Center of Competence in Research Nanoscale Science Swiss Virtual Campus Projekt Nano-World Virtuelles Nanotechnologie-Labor http://www.nano-world.org Contact: [email protected] 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 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, 1674 3 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 1mm Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters Nanometer ist die Welt der Atome und Moleküle Atom Apfel Erde 5 90‘000 mal Original • 300 mal Electron microscope 27‘000‘00 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 Film zum Messprinzip Brillenglas 7 Kontrastmechanismus bei Nicht-Kontakt Kraftmikroskopie (nc-AFM) Si(111)-7x7 surface 3d-representation of a Si(111)-7x7 surface of oscillating tip oscillating tip with: α = 6.6°, A = 8nm, f = 0.1Hz surface atoms as seen from tip ! Animation: M. Guggisberg & H.-R. Hidber Silizium Atome Animation: H.-R. Hidber 8 Vorspiegeln halber Tatsachen 1. single atom tip (unstable (unstable)) 2. double atom tip (unstable (unstable)) 3. single atom tip (unstable (unstable)) 4. double atom tip (unstable (unstable)) 5. single atom tip, tip, unstable until: until: defect is filled by atom from the tip 6. stable single atom tip (defect (defect is filled) filled) Refs.: [1] Lantz & Hug et al. unpublished [2] I. Hwang et al., Phys. Rev. Lett. 83, 120 (1999) 9 Fe-Atome auf Cu-Einkristall Fe-Atome auf Cu-Einkristall 10 Vision eines atomaren Schalters (1999) A first switching experiment Manipulation I=214 pA U=1.43 V vtip=5 nm/s Tip movement Lost molecule Intact DDP layer C 60 on DDP Results •Switching in principle possible •DDP layer stays intact •C60 are really sitting on top of the DDP → Fine tuning of manipulation parameters needed 11 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 Labor I can see atoms too I can see atoms http://rundblick.nano-world.org/ Interaktives Nanoscience Labor 13 Studierende können ihre eigenen Messungen starten Lebensdauer leuchtender Einzelmoleküle 14 Remote Controllable AFM, P. Fornaro, Delémont Basel Basel Delémont N VP 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 Ein Bild entsteht... 734648474647403845 382947473973892823 673836489393783990 374593639367389309 390373477456483936 383992039009937378 930003030303878774 37 Skala 0.4 V 0V Webapplikation 16 Ultraflat surface of Cu(111) Size: 630 x 630 nm non-contact AFM / UHV Microscope Basel, Group Prof. E. Meyer C. Loppacher 17 18 19 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, 2000. 20 21 22 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 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 Nano-Switzerland Size: 9.10 x 7.30 nm non-contact AFM / UHV Microscope Basel, Group Prof. E. Meyer http://www.ethrat.ch/topnano21 M. Bammerlin 1999 27 28 29 30 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, 2000 31 32 33 34 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 National Center of Competence in Research Nanoscale Science Rückblick Elektronenröhre --> Transistor Integrierte Schaltkreise Notebook Mobiles Telefon Internet 36 37
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