GGS I - RTM

Rastertunnelmikroskopie - eine Methode für atomare Auflösung

In diesem Kurs wollen wir Schülerinnen Einblick in die Rastertunnelmikroskopie, deren Anwendungsbereiche und Möglichkeiten bieten. Es handelt sich um einen praktischen Kurs, in dem wir zeigen wollen, dass sich auch mit relativ einfachen Mitteln,  schon atomare Auflösung erreichen lässt. Dazu stehen zwei kommerzielle Rastertunnelmikroskope zur Verfügung, welche die Schülerinnen nach einer kurzen Einführung auch selbstständig bedienen sollen.
Zunächst wollen wir den Schülerinnen anschaulich die grundlegende Funktionsweise eines Rastertunnelmikroskops (RTM) erläutern. In diesem Zusammenhang werden wir einen Vergleich zu anderen Mikroskopiemethoden, und deren jeweiligen Anwendungsmöglichkeiten, anstellen.

Wir stellen verschieden Materialien zur Untersuchung zur Verfügung, unter anderem Graphit-, und Goldproben. Nach einer Erklärung des atomaren Aufbaus dieser Materialien, dürfen die Schülerinnen selbst versuchen die atomare Struktur deren Oberflächen mit einem Rastertunnelmikroskop sichtbar zu machen. Zudem ist geplant, dass die Schülerinnen eigene Goldproben zur Untersuchung herstellen. Zum Abschluss des Projekts werden wir eine Laborbesichtigung  machen, bei einer auf dem Gebiet der Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie weltweit führenden Forschungsgruppen. In diesen Laboren stehen Tieftemperatur - Rastertunnelmikroskope, die bei einer Temperatur von 7 Kelvin betrieben werden und beispielsweise auch Untersuchungen unter Einfluss von hohen Magnetfeldern ermöglichen.  Dort haben die Schüler die Möglichkeit den Forschern bei ihrer täglichen Arbeit über die Schulter zu blicken.

Abb.: Selbstbau-RTM zum Nachbau an Schulen
 

Ablauf

Insgesamt können wir 8 Plätze anbieten, wobei pro Schule zwei Schülerinnen eingeladen werden können.
Die Gesamtdauer des Projekts beträgt 9 Stunden. Es ist vorgesehen, das auf 3 Versuchstage (drei aufeinanderfolgende Freitage) aufzuteilen, jeweils von 15:00-18:00 Uhr. Nach Absprache mit allen Schülern am ersten Versuchstag können wir den Zeitplan auch anpassen.

Programm

Tag 1: 
Kurzer Überblick über verschiedene Mikroskopietechniken: RTM, optische Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskop, deren jeweilige Vorteile, Nachteile und Einsatzgebiete
Das grundlegende physikalische Prinzip hinter dem RTM: Einführung in den Tunneleffekt 
Aufbau eines RTM:  welche Rolle spielen äußere Einflüsse, wie Temperatur und Gebäudevibrationen
Einführung in die Bedienung der verwendeten Rastertunnelmikroskope
Herstellung eigener Messspitzen

Tag 2: 
Einblick in den atomaren Aufbau von Metallen und anderen kristallinen Materialien:  Kristallstrukturen, Oberflächenorientierungen
Messung von Gold-, Graphit- und Molybdändisulfidproben
Herstellung der eigenen Goldproben

Tag 3: 
Messung der selbst hergestellten Goldproben
Laborführung in den Laboren der Arbeitsgruppe Repp: Besichtigung eines Hochmagnetfeldrastertunnelmikroskops und eines kombinierten Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskops.
Vorstellung aktueller Forschungsprojekte.