Ein Team von Wissenschaftlern des Ames National Laboratory des Energieministeriums hat eine Möglichkeit entwickelt, Terahertz-Bildgebungsdaten von Materialien unter extremen magnetischen und kryogenen Bedingungen zu sammeln. Ihre Arbeit vollendeten sie mit einem neuen Rastersondenmikroskop.
Dieses Mikroskop wurde kürzlich im Ames Lab entwickelt. Das Team nutzte das Ultratieftemperatur-Terahertz-Mikroskop, um Messungen an Supraleitern und topologischen Halbmetallen durchzuführen. Diese Materialien wurden hohen Magnetfeldern und Temperaturen unterhalb von flüssigem Helium (unter 4,2 Kelvin oder -452 Grad Fahrenheit) ausgesetzt.
Laut Jigang Wang, Wissenschaftler am Ames Lab, Professor für Physik und Astronomie an der Iowa State University und Teamleiter, hat das Team sein Terahertz-Mikroskop seit seiner ersten Fertigstellung im Jahr 2019 verbessert. „Wir haben die Auflösung hinsichtlich der Auflösung verbessert.“ von Raum, Zeit und Energie“, sagte Wang. „Gleichzeitig haben wir auch den Betrieb bei sehr niedrigen Temperaturen und hohen Magnetfeldern verbessert.“
Um die Fähigkeiten ihres Terahertz-Mikroskops für den Betrieb in extremen kryogenen und magnetischen Umgebungen zu erweitern, erklärte Wang, dass sein Team einen maßgeschneiderten Mikroskopieeinsatz für einen Kryostat entwickelt habe. Ein Kryostat ist ein Gerät zur Aufrechterhaltung extrem kalter Temperaturen. Dieser Einsatz wurde speziell für die Verwendung mit dem kryogenen Terahertz-Mikroskop entwickelt.
Die neuen Mikroskopfunktionen ermöglichten es dem Team, Supraleiter und topologische Halbmetalle zu untersuchen, die beide bei diesen niedrigen Temperaturen arbeiten. Diese Materialien können auch Elektrizität nahezu ohne Energieverlust transportieren und sind wichtig für die Weiterentwicklung der Quantencomputertechnologie.
Basierend auf ihrer bisherigen Forschung sagte Wang, dass das Mikroskop zur Entwicklung neuer, verbesserter Materialien für hochkohärente Quantengeräte und zu einem besseren Verständnis supraleitender und topologischer Materialien führen könnte.
Diese Forschung wird in dem Artikel „A sub-2 Kelvin Cryogenic Magneto-Terahertz Scattering-type Scanning Near-Field Optical Microscope (cm-THz-sSNOM)“ weiter erörtert, veröffentlicht in Überprüfung wissenschaftlicher Instrumente.
Mehr Informationen:
RHJ Kim et al., Ein kryogenes Magneto-Terahertz-Streuungs-Raster-Nahfeldmikroskop mit unter 2 Kelvin (cm-THz-sSNOM), Überprüfung wissenschaftlicher Instrumente (2023). DOI: 10.1063/5.0130680