Dem Atom zugeschaut

Foto: Mann schaut durch ein Lichtmikroskop

Mit Halbleiterkristallschichten baut man zum Beispiel Laserdioden für Laserpointer, CD-Rom-Laufwerke oder Verstärker für Mobilfunkanlagen. "Das Kristallwachstum konnte man bislang nur mit optischen Geräten beobachten, die allerdings keine einzelnen Atome detektieren können", erklärt der Projektleiter Dr. Markus Pristovsek vom Institut für Festkörperphysik der TU Berlin. "Unser Mikroskop ist dagegen erstmals in der Lage, das Kristallwachstum in der Gasphase zu beobachten, wobei die Bauteile, die eigentlich für eine maximale Hitzeeinwirkung von 200°C ausgelegt sind, Temperaturen bis zu 600°C aushalten müssen."

Allerdings mussten nicht nur die Schwierigkeiten, die mit den hohen Temperaturen einhergehen, überwunden werden. Auch die Pumpen verursachen elektrische Störungen und Schwingungen, die auf ein Zehntel des Atomdurchmessers gedämpft werden mussten. Daher hielt man es zuvor für unmöglich, unter diesen Bedingungen ein Bild der Oberfläche im Nanometermaßstab zu erhalten. Dass es den TU-Wissenschaftlern nun trotzdem gelang, ist einer speziellen Schwingungsdämpfung und einem speziell entwickelten Kühlmechanismus zu verdanken. Erste Bilder wurden erfolgreich aufgenommen, und zeigten Stufen aus einzelnen Atomen bei Temperaturen bis 600°C, den typischen realen Wachstumstemperaturen, die bisher in anderen Aufbauten noch nie erreicht wurden.

"Dabei wird eine Wolframnadel, an deren Spitze sich ein einziges Atom befindet, im Abstand eines Atomdurchmessers, also Bruchteile eines Nanometers, über eine Oberfläche bewegt", erklärt Markus Pristovsek. "Der je nach Abstand unterschiedliche Stromfluss erlaubt dann, ein Bild der Höhenstruktur und der Position einzelner Atome auf der Oberfläche zu gewinnen." Neueste Ergebnisse zeigen, wie sich die Größe von Quantenpunkten unmittelbar nach dem Wachstum verändert. Das ermöglicht die gezielte Einstellung von Größen und Eigenschaften der Quantenpunkte.

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität Berlin