Aufbau eines 300mK-10T-UHV-Kryostatsystems für die Rasterkraftmikroskopie und Analyse der Kraftsensortemperatur (PDF)

Für die Untersuchung magnetischer Strukturen auf Oberflächen von isolierenden sowie leitenden Proben auf atomarer Skala hat sich die magnetische Austauschkraftmikroskopie als nützliches Instrument erwiesen. Die Analyse isolierter magnetischer Moleküle oder Atome mit dieser Methode erfordert jedoch, die Temperatur und damit die thermische Energie des Kraftsensors sowie der Probe soweit wie möglich zu reduzieren.

Zu diesem Zweck beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit dem Aufbau eines Kryostatsystems für die atomar aufgelöste Rasterkraftmikroskopie und magnetische Austauschkraftmikroskopie im Ultrahochvakuum, bei Tempera-turen von 300 mK sowie in einem Magnetfeld von bis zu 10 T. Das Potenzial des Mikroskops wird anhand der ersten atomar aufgelösten Rasterkraftmikroskopmessung im Subkelvinbereich, hier auf NaCl(001) bei einer Mikroskoptemperatur von 584 mK, demonstriert.

Ein wichtiger Aspekt in der Rasterkraftmikroskopie bei tiefen Temperaturen ist die Bestimmung der Temperatur des Kraftsensors, welche die mögliche Kraft- und Energieauflösung in der Rasterkraftmikroskopie begrenzt. Die Temperaturmessung des Sensors wird durch Anwendung des Gleichverteilungssatzes auf die thermisch angeregte Resonanzkurve ermöglicht. Diese wird jedoch auf Grund der Wechselwirkung mit dem zur Detektion der Sensorposition verwendeten Laserlicht beeinflusst. Unter Berücksichtigung dieser Wechselwirkung und Einbeziehung des im Federbalken auftretenden Temperaturgradienten auf Grund von Laserabsorption können gemessene Resonanzkurven für eine Bestimmung der wahren Federbalkentemperatur verwendet werden.