Tieftemperatur-Ultrahochvakuum-Rastersondenmikroskop/Physik

Die Universität Regensburg (Auftraggeber) plant für das interdisziplinäre Forschungszentrum „Regensburg Center for Ultrafast Nanoscopy“ (RUN) die Beschaffung eines neuen Tieftemperatur-Ultrahochvakuum-Rastersondenmikroskops inklusive optischer Zugänge für die Realisierung eines ultraschnellen Nahfeldmikroskops im mittelinfraroten Spektralbereich, das bei kryogenen Temperaturen und im Ultrahochvakuum (UHV) betrieben werden kann. Zu den wichtigsten Anforderungen gehört die Möglichkeit, die gesamte Messstufe bei variablen Temperaturen zwischen 5 und 300 K im UHV halten zu können. Hierbei sollen zunächst kryogene Flüssigkeiten zum Einsatz kommen, aber es soll die Möglichkeit gegeben sein, innerhalb von zwei Jahren eine Kryogen-freie Kühlmethode nachzurüsten. Ebenso wichtig sind höchste Kurz- und Langzeitstabilität während des Messbetriebs, sowie ein optischer Zugang zur Spitze mit ausreichend Platz, um eine eigens entwickelte Fokussieroptik mit größtmöglicher numerischer Apertur zu verbauen. Des Weiteren muss im Messprozess die Probe verfahren werden, während die Spitze auf einer festen Position verbleibt, um die Einkopplung des Lichts in die Spitze während des Rastervorgangs nicht zu verändern. Zur exakten Inspektion von strukturierten Proben ist eine externe Inspektionsmöglichkeit mit einer Auflösung im Bereich von ~10 μm unabdingbar. Weiterhin wird eine rauscharme und flexibel einsetzbare Mess- und Steuerelektronik benötigt. Die Möglichkeit, Anrege- und Abtastlicht in die Messkammer ein- und auszukoppeln, muss von zwei gegenüberliegenden optischen Zugängen gewährleistet sein. Die dafür verwendeten Fenster müssen für elektromagnetische Strahlung im nah- und mittelinfraroten Frequenzbereich transparent sein. Der Einsatz von dispersiver Transmissionsoptik (z.B. Linsen etc.) ist nicht möglich, um eine zeitliche Streckung der verwendeten ultrakurzen Lichtimpulse zu vermeiden. Weiterhin sind eine Load-Lock-Kammer sowie eine Proben-Präparationskammer (inklusive in-situ Proben- und Spitzen-Wechselmechanismus sowie Aufbewahrung) entscheidend, um das Vakuum möglichst selten brechen zu müssen und somit einen effizienten Messbetrieb zu gewährleisten. Schließlich ist zusätzlich die Verwendung als Rasterkraft- und Rastertunnelmikroskop erforderlich, um die atomare und elektronische Struktur der zu untersuchenden Proben im thermischen Gleichgewicht charakterisieren zu können. Die Funktionalität des Mikroskops muss im Feld erwiesen und durch Referenzen ausgewiesener Experten sowohl im Bereich der Rastersonden-Mikroskopie, als auch der optischen Mikroskopie jenseits des Beugungslimits belegt sein, um weltweit kompetitive Spitzenforschung zu ermöglichen.