Mit einem fokussierten Ionenstrahl zu hochsensiblen Sonden – Neues EU-Projekt bewilligt

Ein kommerziell erhältlicher Rasterkraftmikroskop-Cantilever, der mithilfe von FIB modifiziert wurde. (Bild: Departement Physik Universität Basel)

Argovia-Professor Dr. Martino Poggio vom Departement Physik der Universität Basel wird ein neu bewilligtes Projekt im Rahmen des Europäischen Horizon 2020 Programms leiten. Zusammen mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von IBM Zürich, der Universität Tübingen und der Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) in Saragossa plant das Poggio-Team eine neue Methode zu entwickeln, um besonders empfindliche und präzise Sonden für die Rastersondenmikroskopie herzustellen, die auch für die Untersuchung von supraleitenden Materialien geeignet sind. Im Rahmen der FET OPEN Förderung, die europäische Kooperationen bei der Entwicklung radikal neuer Technologien unterstützt, werden die Forschenden die fokussierte Ionenstrahl-Technologie für die Herstellung der Sensoren einsetzen.

Sensor direkt an der Cantilever-Spitze
«Wir möchten eine neue Ära in der bereits sehr erfolgreichen Rastersondenmikroskopie einläuten», kommentiert Martino Poggio die gute Nachricht über die Genehmigung des Projekts. «Dank des Einsatzes der fokussierten Ionenstrahl (FIB)-Technologie (focused ion beam technology) können wir winzige, hochsensitive Sensoren direkt an der Spitze von Cantilevern herstellen, die auch supraleitendende Proben mit einem bislang ungeahntem Kontrast auf der Nanometerskala abbilden können.»

Die Forschenden setzen die vielseitige FIB-Technik ein, da keine andere Technik eine derartige Flexibilität bietet. Mit FIB lässt sich zum einen Material abtragen, zum anderen aber auch Material aufbauen und strukturell verändern – und das im Nanometerbereich und bei ebenen wie bei unebenen Objekten. Die Sonden werden Nanometer grosse Josephson-Kontakte (JJs) und supraleitende Quanteninterferenzgeräte (SQUIDs) beinhalten und zur Abbildung von Magnetfeldern und deren Anfälligkeit dienen sowie die Messung elektrischer Ströme und deren Verluste ermöglichen.

Die neuen Cantilever werden je nach Einsatzgebiet hergestellt und mit den entsprechenden Sonden an der Spitze ausgestattet. Sie erlauben eine Distanzkontrolle und ermöglichen die Abbildung der Proben mit hervorragender räumlicher Auflösung und bisher unerreichtem Kontrast. «Die neuen Sonden werden die Einsatzgebiete der Rastersondenmikros-kopie erweitern. Wenig verstandene Phänomene in der Physik, der Chemie und den Materialwissenschaften, die sich mit heutigen Technologien nicht untersuchen lassen, werden wir damit angehen können», sagt Martino Poggio.

Der Fokus der Anwendung liegt zunächst bei der Untersuchung von magnetischen Feldern in zweidimensionalen und van der Waals Materialien. Die Forschenden sind vor allem daran interessiert, den Transport von Ladungen darzustellen sowie Randzustände und korrelierte elektronische Zustände abzubilden. Die Untersuchungen können bei vergleichsweise hohen Temperaturen von bis zu 80 Kelvin (-193° C) durchgeführt werden und erreichen eine räumliche Auflösung von bis zu 10 Nanometern.

Mit Beteiligung des SNI
Ursprünglich sollte das Projekt im Oktober 2020 starten. Der Starttermin kann sich aufgrund der Corona-Krise noch verschieben. Auf jeden Fall stehen den Projektteams Mittel von insgesamt knapp drei Millionen Euro über einen Zeitraum von vier Jahren zur Verfügung.

Das Nano Imaging Lab (NI Lab) des SNI spielt bei diesem Projekt eine entscheidende Rolle. Die Vorarbeiten, welche die prinzipielle Durchführbarkeit bestätigten und den Antrag erst ermöglichten, wurden von Dr. Marcus Wyss aus dem Poggio-Team am FIB des NI Labs durchgeführt.

«Herzlichen Glückwunsch an das Projektteam!

Ich freue mich, dass ich vor ein paar Jahren die Anschaffung des FIB ermöglichen konnte und bin sehr gespannt auf die Ergebnisse, welche dieses vielversprechende Projekt für unsere Forschung bringen wird.»

Professor Christian Schönenberger, SNI-Direktor

Weitere Informationen über das Poggio-Lab