Seminarbericht

Seit fast vierzig Jahren zählen die Rastersondenmethoden (Scanning-Probe-Methoden, SPM) zu den besten Werkzeugen, um Oberflächen mit atomarer Genauigkeit abzubilden. Inzwischen wurden die Sonden auch mit anderen spektroskopischen Ansätzen kombiniert, sodass sich heute an einzelnen Atomen oder Molekülen magnetische, mechanische und elektrostatische Kräfte untersuchen lassen. Optische oder zeitaufgelöste Spektroskopie ist ebenfalls möglich, und weitere Möglichkeiten kommen Jahr für Jahr dazu. Parallel dazu wurden ausgefeilte theoretische Methoden entwickelt, um die reiche Physik auf dem Gebiet der SPM zu beschreiben und vorherzusagen.

Bei diesem Seminar, das vom 27. bis 31. Oktober im Physikzentrum Bad Honnef stattfand, berichteten 85 Teilnehmer, darunter 25 eingeladene Redner, über wichtige Fortschritte beim Einsatz von SPM. Ein wiederkehrendes Thema waren die Bemühungen, mit Rastersondenmethoden die räumliche Auflösung im Sub-Angstrom-Bereich mit einer immer präziseren Zeitauflösung zu kombinieren. So ermöglicht es die Kombination eines Rastertunnelmikroskops mit einer phasenstabilen Single-Cycle-Teraherz-Wellenform, den durch die optische Anregung verursachten Nettostrom zu messen damit eine Femtosekundenauflösung bei der Beobachtung von Materie zu erreichen. Die von Jasha Repp geleitete Forschungsgruppe hat jetzt das Potenzial aufgezeigt, Materie auf dieser Zeitskala zu kontrollieren. Die kohärente Bewegung von Atomen wird so angeregt, dass die Quantenübergänge eines Einzelmolekülschalters um bis zu 39% moduliert werden können. Darüber hinaus lassen sich die einzelnen pfadselektiven Reaktionen einzelner Moleküle räumlich und zeitlich überwachen.

Eine weitere stark vertretene Forschungsrichtung war die Kombination von SPM mit Licht. Die lokalisierten Plasmonen in der Spitze-Oberfläche-Kavität ermöglichen es, die molekularen Wechselwirkungen mit Licht auf der Ebene einzelner Moleküle zu untersuchen. So wurde z.B. in beeindruckenden Arbeiten aus der Gruppe von Yousoo Kim die Energieabsorption einzelner Moleküle gemessen oder deren Übertragung auf andere nahegelegene Moleküle nachgewiesen.

Beeindruckende Fortschritte gab es auch im Bereich des Magnetismus, und zwar faszinierende Ergebnisse bei der Untersuchung und Kontrolle von Spins auf Oberflächen sowie bei der Synthese komplexer molekularer Strukturen. In Bezug auf letztere hat die Gruppe von Leo Gross z.B. gezeigt, wie sich betimmte organische Moleküle mithilfe von durch Sonden induzierte chemische Reaktionen synthetisieren und untersuchen lassen.

Wir danken der WE-Heraeus-Stiftung für die hervorragende Organisation und finanzielle Unterstützung dieses Seminars.

Dr. Dimas G. De Oteyza, Dr. Thomas Frederiksen, Donostia International Physics Center, San Sebastian
Dr. Guillaume Schull, Université de Strasbourg