Dieses UHV-Gerät ist das Arbeitspferd unserer Gruppe. Das STM liefert seit 1991 eine hervorragende atomare Auflösung.

Neben dem STM verfügt die Analysekammer auch über einen halbkugelförmigen Analysator für XPS (Röntgenphotoelektronenspektroskopie) und LEIS (niederenergetische Ionenstreuung), einen zylindrischen Spiegelanalysator mit koaxialer Elektronenquelle für AES (Auger-Elektronenspektroskopie) und LEED-Optik (niederenergetische Elektronenbeugung). Die Präparationskammer ist mit einer Ionenquelle für Sputtering, drei Elektronenstrahlverdampfern, einem einziehbaren Gasdosierer mit Mikrokapillarplatte und einem Gascracker für atomaren Sauerstoff oder Wasserstoff ausgestattet. In beiden Kammern sind Probenheizungen (Elektronenbeschuss der Probenplatte, bis zu 1200 °C) vorhanden.

Diese Maschine basiert auf einem kommerziellen Tieftemperatur (LT) STM- und UHV-System, das 1998 erworben wurde. In der Präparationskammer befinden sich ein Manipulator mit Probenheizung/-kühlung (≈100 ... 1000 K), eine separate Glühstufe (bis ≈1300 K), eine Ionenquelle für Sputtern oder LEIS (niederenergetische Ionenstreuung), eine Elektronenquelle, ein halbkugelförmiger Analysator für LEIS und XPS sowie eine LEED-Optik. In der Kammer befinden sich derzeit auch ein Elektronenstrahlverdampfer für die thermische Abscheidung, eine Quarzkristall-Mikrowaage (QCM), ein Kapillarplatten-Gasdosierer und ein Restgasanalysator (Quadrupol-Massenspektrometer). Das STM erlaubt auch Q-plus AFM-Betrieb und befindet sich in einer separaten UHV-Kammer, die routinemäßig den Bereich von 10^-12 mbar erreicht, und kann bei Raumtemperatur betrieben oder mit flüssigem Stickstoff (77 K) oder flüssigem Helium (bis zu einer Temperatur von 5 K) gekühlt werden. Wir können die Probe auch für Temperaturen dazwischen erwärmen.

Die MBE-Maschine (Molekularstrahlepitaxie) ist ein Ultrahochvakuumsystem, das auf einer von Specs erworbenen Anlage (daher auch Specs-Maschine genannt) mit einer für das Wachstum dünner Schichten optimierten Präparationskammer basiert. Neben einem Probenmanipulator mit Elektronenstrahlheizung, einer Ionenquelle zum Sputtern, Verdampfern und einer Quarzkristall-Mikrowaage ist in der Präparationskammer auch eine Sauerstoffplasmaquelle untergebracht. Die Analysekammer ist mit XPS, LEED und einem temperaturvariablen STM ausgestattet.

Im Jahr 2014 wurde die Anlage um ein Laser-MBE-System erweitert, mit dem Oxide durch gepulste Laserabscheidung mit In-situ-Kontrolle des Wachstumsmodus durch RHEED (Reflexions-Hochenergie-Elektronenbeugung) gezüchtet werden können.

Wie Sie sich beim Betrachten des Bildes vorstellen können, handelt es sich um die derzeit größte UHV-Anlage unserer Gruppe...

Das Ultrahochvakuum-Tieftemperatur-STM/AFM verwendet den sogenannten qPlus-Sensor für die berührungslose Rasterkraftmikroskopie (non-contact atomic force microscopy, nc-AFM). Er besteht aus einer winzigen Quarz-Stimmgabel mit einer noch winzigeren Spitze, die an das Ende einer ihrer Zinken geklebt ist.

Die Maschine befindet sich im 5. Stock in einer lauten Stadtumgebung und benötigt daher ein ausgezeichnetes Schwingungsisolierungssystem: Wir haben die eine Tonne schwere Maschine an 40 Bungee-Seilen an der Decke aufgehängt! Diese Konstruktion bietet auch eine genaue Nivellierung und wurde patentiert. Außerdem haben wir einen verbesserten Vorverstärker eingebaut (Entwurf der Gruppe Giessibl). Jetzt liefert die Maschine hervorragende Ergebnisse.

Diese Maschine, auch kurz Omega genannt, basiert auf einem Omicron Compaqlab UHV-System. Das Ultrtahochvakuum-(UHV-)System besteht aus einer Hauptkammer (Präparation und Analyse, p<10^-10 mbar) und einer Schleusenkammer. Eine kleine "Wassertropfen-Kammer" ermöglicht, die Probe unter hochreinen Bedingungen in Kontakt zu flüssigem Wasser zu bringen.

Das UHV-System enthält:

• Raumtemperatur-Rastertunnelmikroskop Omicron STM-1
• Halbkugel-Energie-Analysator Specs Phoibos 150 für LEIS und XPS
• LEED-Optik (Omicron SpectaLEED)
• Differenziell gepumpte Ionenquelle IQE 12/38
• Doppelanoden-Röntgenquelle (Mg, Al Kα)
• Quadrupol-Massenspektrometer SRS RGA 100/12
• Probenmanipulator, Strahlungsheizung bis zu 1200 K
• Elektronenstrahl-Verdampfer (Focus EFM3)
• Quarzkristall-Mikrowaage

Diese Anlage, auch machine for reactivity studies genannt, ist für Temperatur-programmierte Desorption (TPD) optimiert. Ein Molekularstrahl ermöglicht das Dosieren von Gasen auf eine genau definierte Fläche (ca. 3.5 mm Durchmessser) der Probe, um störende Signale von der Umgebung zu vermeiden. Die Anlage enthält auch einen Halbkugelanalysator mit zahlreichen Möglichkeiten für Spektroskopie (XPS mit monochromatischer Röntgenstrahlung, UPS, LEIS). Weiters ist die Anlage mit einem Infrarot-Spektrometer (Bruker Vertex 80v) für Schwingungsspektroskopie gekoppelt.

Diese Ultrahochvakuum (UHV)-Anlage, die ihre Wurzeln in den frühen 1980er Jahren hat, hat viele Generationen von Studenten gesehen, die in den unterschiedlichsten Bereichen gearbeitet haben, z. B. Photoemission in den frühen Tagen, niederenergetische Ionenstreuung (LEIS), quantitative niederenergetische Elektronenbeugung (LEED) und magneto-optische Kerr-Effekt (MOKE)-Messungen des Oberflächenmagnetismus. Das System wurde 2009 grundlegend erneuert, mit einer neuen Kammer, einer Ionenquelle, einem Restgasanalysator und vielem mehr.

Die Mu-Metall UHV-Kammer beherbergt einen Probenmanipulator mit Heizung und Kühlung (100 ... 1000 K; bis zu 50 K mit Flüssigheliumkühlung), zwei Ionenquellen, einen Zylinderanalysator mit konzentrischer Elektronenquelle für AES, eine LEED-Optik sowie mehrere Beschichtungsquellen. Der MOKE-Aufbau verwendet atmosphärenseitige Spulen mit in die Vakuumkammer hineinreichenden Jochen, die im 3-cm-Spalt ein maximales Feld von ≈ 0,1 T erreichen. Die Kerr-Rotation und Elliptizität des an der Probe reflektierten HeNe-Laserstrahls werden mit einer Modulationstechnik unter Verwendung eines photoelastischen Modulators gemessen.

Das ViPErLEED-Paket (Vienna Package for Erlangen LEED) bietet eine Rundum-Lösung für Oberflächenkristallografie mit quantitativem LEED (low-energy electron diffraction):

• Hardware (Elektronik) und Software für die Datenerfassung
• Spot Tracker und I(V) Editor für die Datenauswertung
• Simulation und Strukturoptimierung

Das Paket wird bereits von vielen Beta-Testern genutzt; Publikation und Freigabe folgen bald!

Für die Untersuchung der Wechselwirkung von Oberflächen mit flüssigem Wasser hat die Arbeitsgruppe Oberflächenphysik eine spezielle Vorrichtung entwickelt: Eine Oberfläche kann ohne Kontakt mit Luft oder Schutzgas in Kontakt mit ultra-reinem Wasser gebracht werden. Da dieser Wassertropfen durch Destillation von ultrahochreinem Wasser entsteht und nie in Kontakt mit irgendeinem Gas kommt (ausgenommen seinem eigenen Wasserdampf), handelt es sich wohl um den reinsten Wassertropfen der Welt.

• J. Balajka, J. Pavelec, M. Komora, M. Schmid, and U. Diebold, Apparatus for Dosing Liquid Water in Ultrahigh Vacuum, Rev. Sci. Instrum. 89, 083906 (2018).

Eine Abwandlung dieses Prinzips soll die Messung der Oberflächenspannung von Wasser mit unerreichter Genauigkeit ermöglichen; dieses Gerät ist derzeit im Aufbau.