Femtosecondlaser-Scanning Tunneling Microscope (fs- STM)
Das fs-STM ist eine Kombination aus einem Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop und einem Femtosekunden-Lasersystem (Abbildung 1). Das Rastertunnelmikroskop wird im Ultrahochvakuum betrieben und besteht aus mehreren Kammern. Die STM-Kammer ist mit der Präparationskammer verbunden, an der wiederum zwei kleinere Vorkammern angebracht sind, die Ladekammer und der Moleküleinlass. Die beiden Vorkammern dienen zur Einschleusung von Proben und zur Vorbereitung von den zu adsorbierenden Chemikalien. In der Präparationskammer können zunächst die metallischen Einkristallproben durch Sputter- und Heizphasen gesäubert werden und anschließend vor den Moleküleinlass positioniert werden, um die Feststoffe oder Flüssigkeiten auf die Probe aufzudampfen. Die Transfers innerhalb der Präparationskammer erfolgen mit einem Helium-kühlbaren Manipulator, der die präparierte Probe ebenfalls in die STM-Kammer schleust. In dieser Kammer werden die Messungen durchgeführt. Das STM ist mit einem Badkryostaten verbunden, sodass mit Flüssigstickstoff und Flüssighelium eine Temperatur von 5 K errreicht werden kann. Dieser Kryostat wirkt zusätzlich wie eine Pumpe, sodass innerhalb der Schilde, die das STM einhüllen und vor Wärmeeinstrahlung schützen, ein Druck von 10-14 mbar erreicht werden kann. Dadurch kann über Wochen an einer sauberen Probe gemessen werden. Eine horizontale Auflösung von bis zu 10 pm und in der Vertikale kleiner als 1 pm werden errreicht. Der Femtosekunden-Laser, der mit Hilfe eines optischen Systems in das STM fokussiert werden kann, kann Pulse mit einer Halbwertsbreite von bis zu 70 fs bei einer Wellenlänge von 400 nm erzeugen. Das STM bringt somit die Voraussetzungen, um auf einer Oberfläche adsorbierten Moleküle atomar aufzulösen, während der fs-Laser durch eine Variation der Verzögerungszeit zwischen den Laserpulsen eine Möglichkeit bietet, eine Zeitauflösung in der Femtosekunden-Skala zu bekommen.
Fig.: Das messbereite STM