Kraftmikroskop bringt's auf den Punkt - wissenschaft.de
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Kraftmikroskop bringt's auf den Punkt

Wissenschaftler der McGill-Universität in Montreal haben eine raffinierte Methode zur Untersuchung elektrischer Ladungen in nur wenigen Nanometer kleinen Halbleiterkristallen entwickelt. Dabei vibriert die winzige Metallspitze eines Rasterkraftmikroskops über den Quantenpunkten auf und ab. Wie sich herausstellte, wird die Frequenz dieser Schwingung dabei vom Ladungszustand der Kristalle beeinflusst. Darüber berichten die Forscher in einer Vorabveröffentlichung im arXiv-Archiv.

Das von Peter Grütter und seinen Kollegen entwickelte Verfahren ist eine Variante der schon seit längerem zur Untersuchung von Elektronen in Halbleitern eingesetzten elektrostatischen Kraftmikroskopie. Bei dieser Methode vibriert eine dünne Metallspitze in einem Abstand von nur 5 bis 20 Nanometern (Millionstel Millimetern) über der Oberfläche der zu untersuchenden Substanz. Wenn diese Spitze mittels Metallkontakten elektrisch aufgeladen wird, ändert sich die Schwingungsfrequenz. Mithilfe eines Computerprogramms kann so ein Bild der Ladungsverteilung in der Oberfläche erzeugt werden.

Allerdings ist diese Methode für Untersuchungen von winzig kleinen Strukturen wie etwa Quantenpunkten ? Halbleiterkristallen mit Durchmessern von nur wenigen Nanometern ? ungeeignet, da diese mit herkömmlichen Goldkontakten nur schwer elektrisch angeregt werden können. Die von Grütter entwickelte Methode umgeht dieses Problem mithilfe einer raffinierten Schichtanordnung (siehe Bild), die es ermöglicht, den Quantenpunkt durch das Anlegen einer Spannung zwischen der Spitze des Rasterkraftmikroskops und einer Elektrode unterhalb der Punkte aufzuladen.

Der geladene Quantenpunkt und die Metallspitze können in vereinfachter Form als die zwei Platten eines herkömmlichen Plattenkondensators angesehen werden, so Grütter. Ebenso wie bei diesem hängt die zwischen den beiden „Metallplatten“ wirkende Kraft ? in diesem Fall zwischen dem Quantenpunkt und der Metallspitze ? auch hier von deren elektrischen Ladung ab. Die Forscher wollen ihr Verfahren nun zur Charakterisierung winziger elektronischer Bauteile aus Quantenpunkten und anderen kleinen Halbleiterstrukturen einsetzen.

Stefan Maier
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