doctorat La candidate Irene Battisti du Leiden Institute of Physics a développé le microscope cryogénique à effet tunnel le plus exempt de vibrations au monde. Le nouveau microscope pourrait faire la lumière sur la supraconductivité non conventionnelle.

Un microscope à effet tunnel (STM) est extrêmement délicat. Une aiguille de mesure avec un sommet atomiquement pointu est positionnée à quelques angströms d'un échantillon. C'est à peu près le diamètre d'un atome, les vibrations entre l'aiguille et l'échantillon doivent donc être extrêmement faibles. Pour référence, la pointe du mont Everest serait autorisée à vibrer moins que la taille d'une bactérie. En outre, Battisti avait pour objectif de fabriquer un microscope cryogénique avec une température d'environ 4 Kelvin - presque le zéro absolu. Ces températures ultra basses sont nécessaires à la visualisation spectroscopique des propriétés électroniques des matériaux jusqu'à l'échelle atomique. « Cela complique grandement les choses, comme la mécanique des STM ordinaires n'est pas adaptée à des températures aussi basses, " explique Battisti. Par conséquent, elle a travaillé avec le saphir. "Ce matériau n'est pas seulement cher, mais sa ténacité le rend également très difficile à traiter, " elle dit.

La salle d'ultramicroscopie du bâtiment Gorlaeus a été conçue pour isoler les vibrations. Selon l'architecte, c'est l'un des endroits les plus exempts de vibrations au monde. Ceci est réalisé par une fondation distincte, sur laquelle un "îlot" en béton de 30 tonnes est suspendu par des ressorts, surmonté d'une table remplie de plomb située sur un deuxième jeu de ressorts. Combiné avec la conception unique du microscope, le système crée le STM cryogénique le plus stable au monde.

Mais pourquoi cela n'a-t-il pas été fait avant ? "Ce n'est que récemment que la technologie s'est suffisamment développée pour construire ce microscope. Mais plus important encore, le Département Mécanique Fine (FMD) de Leyde dispose d'un savoir-faire et de compétences cruciales, qui sont assez uniques au monde. » Battisti a travaillé en étroite collaboration avec Kees van Oosten et Gijsbert Verdoes du FMD. « Ils font vraiment partie de notre groupe de recherche. Et le fait que nous soyons situés dans le même bâtiment était vraiment pratique et a grandement amélioré la coopération, " dit Battisti.

Le groupe de Milan Allan, dont Battisti fait partie, étudie les matériaux quantiques, y compris les supraconducteurs à haute température. "Normalement, les matériaux deviennent supraconducteurs en dessous de 4 Kelvin, " explique Battisti. " Cela nécessite de l'hélium liquide pour le refroidissement, ce qui est très cher. Mais certains matériaux deviennent supraconducteurs à 100-150 Kelvin, qui ne nécessite que de l'azote liquide facilement accessible."

Cependant, le fonctionnement de ces supraconducteurs à haute température reste un mystère, ce qui rend difficile leur application concrète. « Depuis que j'ai commencé mon doctorat, nous avons travaillé dur pour comprendre ce mystère, avec nos collègues de l'Institut Lorentz. Avec cette nouvelle STM, J'espère ajouter quelques pièces importantes au puzzle. Nous savons que les ondes peuvent interférer les unes avec les autres, " dit Battisti. " Et en étudiant la figure d'interférence des ondes, nous pouvons apprendre quelque chose sur la longueur d'onde ou la propriété de l'onde. De la mécanique quantique, nous savons que nous pouvons voir les électrons comme des particules, mais aussi comme ondes — la dualité onde-particule. Les expériences que nous voulons mener portent sur les caractéristiques ondulatoires des électrons. Et avec notre nouvelle STM, on peut visualiser l'interférence entre ces ondes électroniques à la surface du matériau. A partir de ces modèles, on peut alors extraire les propriétés des électrons eux-mêmes, et donc les propriétés du matériau."