Geräte – vom Smartphone bis zum Multikocher –, die mehrere Funktionen ausführen, sind oft bequemer und
Wir beschreiben unseren Plan zu schaffenGerät, damit andere es kopieren können. Sie können die ihnen zur Verfügung stehenden Werkzeuge modifizieren; Sie müssen keine neue Ausrüstung mehr kaufen.
Joseph Strassio, NIST-Forscher
Gleichzeitig Messungen auf Skalen vonMit Nanometern bis Millimetern können sich Forscher mit dem Gerät auf den atomaren Ursprung einiger ungewöhnlicher Materialeigenschaften konzentrieren. Sie können für Computer und Kommunikationsgeräte der nächsten Generation von unschätzbarem Wert sein.
Zu den Eigenschaften, an denen Wissenschaftler interessiert sind, gehörender Fluss von elektrischem Strom ohne Widerstand sowie Quantensprünge des elektrischen Widerstands, die als neue elektrische Schalter dienen können. Darüber hinaus interessieren sich Forscher für neue Methoden zum Entwerfen von Quantenbits - diese könnten zur Schaffung von Festkörper-Quantencomputern führen.
Für Quantenmaterialien, die üblicherweise bestehen ausVon einer oder mehreren atomar dünnen Schichten bestehen starke Quanteneffekte zwischen Gruppen von Elektronen über große Entfernungen. Diese Effekte führen zu Eigenschaften, die für neue Technologien genutzt werden können.
Um die Eigenschaften von Quanten genauer zu untersuchenMaterialien haben Wissenschaftler drei präzise Messinstrumente in einem Gerät kombiniert. Zwei Geräte, das Rasterkraftmikroskop (AFM) und das Rastertunnelmikroskop (STM), untersuchen die mikroskopischen Eigenschaften von Festkörpern. Gleichzeitig registriert das dritte Instrument die makroskopischen Eigenschaften der magnetischen Übertragung - den Stromfluss bei Vorhandensein eines Magnetfelds.
Um das Gerät zu erstellen, haben Wissenschaftler ein AFM entwickelt undEin magnetisches Messgerät, das kompakter wäre und weniger bewegliche Teile als frühere Versionen hätte. Anschließend haben sie die Tools in das vorhandene STM integriert.
Oben: Foto der Probe im Abtastsondenmodul mit acht elektrischen Kontakten mit der Platte, die die zu untersuchende Probe enthält. In der Mitte sehen Sie die Spitze der Sonde und ihre Reflexion in der Probe. Unten: Rasterkraftbild einer Aluminiumprobe, das die Anordnung der Atome zeigt. Die rote Kurve zeigt, dass der Aluminiumfilm in Gegenwart eines elektrischen Stroms ohne Spannung supraleitend ist. Bildnachweis: NIS
Sowohl STM als auch AFM verwenden eine spitze Spitze, um die atomare Struktur von Oberflächen zu untersuchen.
Das Ensemble ist in einem Kryostaten, einem Gerät, installiertDies kühlt das System auf ein Hundertstel Grad über dem absoluten Nullpunkt ab. Bei dieser Temperatur wird der zufällige Quantenjitter von Atomteilchen minimiert und Quanteneffekte im großen Maßstab werden ausgeprägter und leichter zu messen. Das Drei-in-Eins-Gerät, das vor externen elektrischen Störungen geschützt ist, ist außerdem fünf- bis zehnmal empfindlicher als alle früheren Geräte ähnlicher Geräte.
Obwohl drei völlig unabhängige Geräte - STM, AFMund die Installation eines magnetischen Transports - führen Sie dieselben Messungen durch, ihre Bewegungen können die Probenahme stören und die Genauigkeit der Analyse verringern. Einzelne Vorrichtungen können es auch schwierig machen, genaue Bedingungen zu reproduzieren. Zum Beispiel wie die Temperatur und der Drehwinkel zwischen jeder ultradünnen Schicht aus Quantenmaterial, bei der vorherige Messungen durchgeführt wurden.
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