Universiteit Leiden

nl en

Oplossing verstoringseffect STM-scanning

Experimenten met STM-scanning op slecht geleidende materialen zijn uitdagend, en veroorzaken soms een verstoringseffect. Een nieuw model corrigeert voor dit effect, zodat fysici beter in staat zijn om materialen te bestuderen tijdens hun missie om onconventionele supergeleiding te begrijpen. Publicatie in Physical Review B als Editor’s Suggestion.

In 1911 ontdekte de Leidse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes supergeleiding; een bijna magische eigenschap van sommige materialen om stroom te geleiden zonder energieverlies wanneer ze koud genoeg zijn. We begrijpen slechts een paar van deze materialen; het is een voortdurende missie binnen de natuurkunde om hier een universele theorie voor te vinden. Zo’n theorie zou ons misschien zelfs in staat stellen om materialen te vinden die supergeleiden bij kamertemperatuur. Dat zou een wereldwijde impact hebben: grote energieverslindende datacentra zouden energieneutraal kunnen worden, windmolens krijgen maximale efficiëntie en elektriciteit kan zonder weerstand getransporteerd worden.

Verstoringseffect

Het spreekt dus voor zich dat natuurkundigen proberen om supergeleiding te begrijpen en een verklarende theorie te vinden. Een van de methodes die ze daarvoor gebruiken heet Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy (STM/STS), waarbij een metalen punt over het oppervlak van een materiaal scheert, zodat hij het atoomrooster kan visualiseren. Maar wanneer wetenschappers slecht geleidende materialen meten—precies de kandidaten voor niet-zo-koude supergeleiding—stuiten ze soms op een verstoringseffect, genaamd Tip-Induced Band Bending. Met andere woorden: het elektrische veld van de tip dringt gedeeltelijk tot het materiaal door, zodat het het spanningsverschil tussen beide beïnvloedt.

Correctie

Nu heeft de onderzoeksgroep van Milan Allan een model ontwikkelt dat corrigeert voor de verstoring. Dit hangt van vele factoren af, waaronder de afstand tussen punt en materiaal en de spanning over de punt, maar ook de eigenschappen van individuele materialen. De groep publiceert hun model in een editor’s suggestion artikel in Physical Review B, met Irene Battisti als eerste auteur. Het model geeft wetenschappers over de hele wereld de kans om de verstoring te omzeilen en hun interpretatie van STM-data te verbeteren. Dit helpt ze in hun missie om supergeleiding te begrijpen.

Publicatie

I. Battisti, V. Fedoseev, K. M. Bastiaans, A. de la Torre, R. S. Perry, F. Baumberger, and M. P. Allan, ‘Poor electronic screening in lightly doped Mott insulators observed with scanning tunneling microscopy’, Physical Review B