Ultrahochvakuum-Rasterkraftmikroskop
Final Report Abstract
Da dieses oberflächenanalytische Großgerät das erste UHV-Analytiksystem in der Arbeitsgruppe war, wurden zuerst die wichtigsten Substratsysteme untersucht. Diese spielen für die geplante Untersuchung von organischen und Biomolekülen eine zentrale Bedeutung. So wurden zuerst das Halbleitermaterial Silizium (111-Orientierung), der Ionenkristall NaCl (100-Orientierung), sowie die Metalle Gold, Silber und Kupfer (alle in Me111-Orientierung) sauber präpariert und mit atomarer Auflösung im non-contact AFM-Modus abgebildet. In den anschließenden ersten drei Nutzungsjahren konnten dann erfolgreich diverse molekulare Systeme auf diesen physikalischen Substraten abgeschieden mit atomarer Auflösung untersucht werden. So spielte die Fähigkeit des Geräts, molekulare Auflösung zu erzielen, eine entscheidende Rolle bei der Strukturaufklärung von Kohlenstoff-Nanomembranen und dem Verständnis des Vernetzungs- und Formationsprozesses. Unsere Messungen brachten ein maschenartiges Netz von Nanoporen zutage, welche für die außerordentlichen Transporteigenschaften der Membranen, verantwortlich gemacht werden konnten (Wasser wird hocheffizient transportiert aber Ionen vollständig geblockt). Dieses Ergebnis ermöglichte neue und unerwartete Einblicke in die Struktur und Transport-Dynamik dieser 2D-Materialien und wurde prominent in ACS Nano publiziert. Diese Thematik wurde durch ncAFM-Oberflächenuntersuchungen an selbst-assemblierten Thiolmonolagen (SAMs) von Terphenylthiolen (TPT) auf Gold und Silber vertieft, die als Ausgangsmaterial der erwähnten Kohlenstoff-Nanomembranen dienen. Hier wurde in detaillierten Untersuchungen im Temperaturbereich von 100K-RT die zum Teil mobile, molekulare (Domänen)struktur untersucht und aufgeklärt. Mittels des Kelvinsonden-Kraftmikroskopie-Verfahrens wurden zudem die nanoelektrischen Eigenschaften dieser SAM-Schichten untersucht, welches die Aufklärung der molekularen Orientierung in der Kohlenstoff-Nanomembran erlaubt. Durch die Elektrospray-Ionisations-Methodik (ESI) und die Effusions-Verdampfungszelle wurden grosse Biomoleküle, insbesondere DNA, funktionelle DNA Konstrukte, sowie große organische Metallkomplexe präpariert und abgebildet. Da das Gerät es nun erlaubt, Biomoleküle in Abwesenheit einer Hydrathülle zu untersuchen, konnten diese Systeme mit höchster Genauigkeit abgebildet werden (beispielsweise Sichtbarkeit große/kleine Furche bei DNA).
Publications
- Rapid Water Permeation Through Carbon Nanomembranes with Sub-Nanometer Channels, ACS Nano 12, 4695, 2018
Y. Yang, P. Dementyev, N. Biere, D. Emmrich, P. Stohmann, R. Korzetz, X. Zhang, A. Beyer, S. Koch, D. Anselmetti and A. Gölzhäuser
(See online at https://doi.org/10.1021/acsnano.8b01266)
