Lupe für Quantenanregungen

Blick in die Ultrahochvakuum-Kammer eines Rastertunnelmikroskops - Wissenschaftlern der TU Ilmenau ist es gelungen, eine molekulare Lupe für die Gitterschwingungen eines zweidimensionalen Materials zu realisieren und detailliert zu verstehen. Die Ergebnisse der Arbeit, die in langjähriger und intensiver gemeinsamer Forschungsarbeit mit dem theoretischen Physiker Mads Brandbyge von der TU Dänemark entstanden sind, wurden soeben in Physical Review Letters , dem wichtigsten Journal für physikalische Forschung, veröffentlicht. Im Alltag nutzen wir eine Lupe, um Objekte zu erkennen, die mit bloßem Auge nur schwer oder gar nicht zu erkennen sind. Wie aber kann man Quantenanregungen, also die Übertragung kleinster Energieportionen, vergrößert sichtbar machen? Die Antwort darauf haben Wissenschaftler aus Ilmenau und Lyngby jetzt gefunden und dabei wissenschaftlich nachgewiesen, wie ein einzelnes Molekül die spektroskopischen Signaturen von Graphen-Phononen, also der Schwingungsbewegungen einzelner Kohlenstoffatome im Honigwabengitter des zweidimensionalen Materials, verstärken und wie das Schwingungssignal mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops sichtbar gemacht werden kann. Anders als Lichtmikroskope arbeitet ein Rastertunnelmikroskop nicht mit optischen Linsen, sondern mit dem quantenmechanischen Tunnelstrom. Dieser wird durch die Spitze des Mikroskops lokal in die Probe injiziert und durchquert dabei eine Vakuumbarriere, die für einen gewöhnlichen Strom nicht passierbar ist.