Femtosekundna časovno-ločljiva vrstična tunelska mikroskopija kompleksnih snovi
Oznaka in naziv projekta
J1-8138 - Femtosekundna časovno-ločljiva vrstična tunelska mikroskopija kompleksnih snovi
J1-8138 - Femtosecond time-resolved scanning tunneling electron microscopy of complex materials
Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev
Projektna skupina
Vodja projekta: prof. dr. Dragan Dragoljub Mihailović, domača stran
Sodelujoča raziskovalna organizacija:
Center odličnosti nanoznanosti in nanotehnologije - Nanocenter, Ljubljana (3050)
Raziskovalci:
- prof. dr. Christoph Gadermaier
Tehnični sodelavci:
Vsebinski opis projekta
Namen projekta je izgradnja nizkotemperaturnega časovno ločljivega tunelskega vrstičnega mikroskopa (TVM) za raziskave dinamike osnovnih vzbuditev v realnem času z atomsko ločljivostjo na femtosekundni časovni skali. Za vzbuditev plazmonskih nihanj v konici tunelskega mikroskopa bomo uporabili teraherčne sunke, ki bodo za kratek čas ojačali tunelski tok in s tem omogočili femtosekundno časovno ločljivost. Mikroskop bo deloval pri nizkih temperaturah do 4.2K in bo implementiran v 4-sondnem tunelskem mikroskopu z zunanjim virom teraherčnih sunkov. Tehnika bo omogočala, da prvič raziščemo časovne dinamike v prostorsko nehomogenih sistemih in odprla pot do razumevanja pomembnih fundamentalnih problemov v fiziki kondenzirane materije. Za demonstracijo uporabe naprave bomo izvedli nekaj eksplorativnih eksperimentov na trenutno zanimivih snoveh.
Glavni cilj projekta je konstrukcija nizkotemperaturnega sub-pikosekundnega tunelskega vrstičnega mikroskopa in demonstracija njegove uporabnosti na primernem elektronsko močno koreliranem sistemu, ki je trenutno aktualen v skupnosti. Instrument s temperaturno kontrolo bi odprl možnosti za raziskovanje dinamike na atomski skali v snoveh, ki kažejo zanimivo funkcionalno dinamiko. Trenutno na svetu takšen operativen mikroskop, ki bi deloval pri nizkih temperaturah, še ne obstaja. Seveda pričakujemo, glede na potencialen vpliv takega dosežka, tesno konkurenco iz institucij kot so Princeton (Prof. Yazdani), MIT (Prof. Gedik), UCSD/Columbia (Prof. Basov) in Pohang (Prof. Yeom). Po nam trenutno dostopnih informacijah, še ni na enem mestu zbranih vseh potrebnih tehničnih zmogljivosti in znanja v obsegu kot ga premore naša skupina. Pričakujemo, da bo demonstracija načrtovana v tem projektu, imela pomemben vpliv v svetovnem merilu, saj bo vzpodbudila tekmo za doseganje najboljše časovne in prostorske ločljivosti in s tem revolucijo v mikroskopiji z učinkom, ki bo segali v prihajajoča desetletja.
Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.
Faze projekta
Program dela je sestavljen iz treh delovnih sklopov (DS).
- DS1 je posvečen delovanju pri sobni temperaturi in demonstraciji parametrov delovanja.
- DS2 je posvečen izgradnji enakega sistema znotraj kriostata ter testiranju in optimizaciji sistema.
- DS3 je posvečen demonstraciji delovanja na različnih materialih.
Bibliografske reference
Cocker, T. L. et al. An ultrafast terahertz scanning tunnelling microscope. Nature Photonics 7, 1–6 (2013).
Terada, Y., Yoshida, S., Takeuchi, O. & Shigekawa, H. Real-space imaging of transient carrier dynamics by nanoscale pump-probe microscopy. Nature 'Photonics 4, 869–874 (2010).
Cocker, T. L., Peller, D., Yu, P., Repp, J. & Huber, R. Tracking the ultrafast motion of a single molecule by femtosecond orbital imaging. Nature 539, 263–267 (2016).
Stojchevska, L. et al. Ultrafast switching to a stable hidden quantum state in an electronic crystal. Science 344, 177–180 (2014).
Vaskivskyi, I. et al. Fast non-thermal switching between macroscopic charge-ordered quantum states induced by charge injection. arXiv.org cond-mat.mes-hall, (2014).
- Atomic-Scale Visualization of Quantum Interference on a Weyl Semimetal Surface by Scanning Tunneling Microscopy. ACS Nano 10, 1378–1385 (2016).
Parker, C. V. et al. Fluctuating stripes at the onset of the pseudogap in the high-Tc superconductor Bi2Sr2CaCu2O8 x. Nature 468, 677–680 (2010).
Demsar, J., Podobnik, B., Kabanov, V. V., Wolf, T. & Mihailovic, D. Superconducting gap Delta(c), the pseudogap Delta(p), and pair fluctuations above T-c in overdoped Y1-xCaxBa2Cu3O7-delta from femtosecond time-domain spectroscopy. Phys Rev Lett 82, 4918–4921 (1999).