dottorato di ricerca La candidata Irene Battisti dell'Istituto di Fisica di Leiden ha sviluppato il microscopio a effetto tunnel criogenico a scansione più privo di vibrazioni al mondo. Il nuovo microscopio potrebbe far luce sulla superconduttività non convenzionale.

Un microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) è estremamente delicato. Un ago di misurazione con un apice atomicamente appuntito viene posizionato a pochi angstrom di distanza da un campione. Questo è più o meno il diametro di un atomo, quindi le vibrazioni tra l'ago e il campione devono essere estremamente ridotte. Come referenza, la punta dell'Everest potrebbe vibrare meno delle dimensioni di un batterio. Inoltre, Battisti mirava a realizzare un microscopio criogenico con una temperatura di circa 4 Kelvin, quasi lo zero assoluto. Queste temperature ultra basse sono necessarie per la visualizzazione spettroscopica delle proprietà elettroniche dei materiali fino alla scala atomica. "Questo complica enormemente le cose, poiché la meccanica dei normali STM non è adatta a temperature così basse, “ spiega Battisti. Dunque, ha lavorato con lo zaffiro. "Questo materiale non è solo costoso, ma la sua tenacità lo rende anche molto difficile da lavorare, " lei dice.

La sala per l'ultramicroscopia nell'edificio Gorlaeus è stata progettata per isolare le vibrazioni. Secondo l'architetto, è uno dei posti più privi di vibrazioni al mondo. Ciò è ottenuto da una fondazione separata, su cui è sospesa tramite molle un''isola' di cemento di 30 tonnellate, sormontato da un tavolo pieno di piombo situato su un secondo set di molle. In combinazione con il design unico del microscopio, il sistema crea l'STM criogenico più stabile al mondo.

Ma perché non è stato fatto prima? "Solo di recente la tecnologia si è sviluppata abbastanza per costruire questo microscopio. Ma, cosa più importante, il dipartimento di meccanica fine (FMD) di Leiden ha un know-how e competenze cruciali, che sono piuttosto unici al mondo." Battisti ha lavorato a stretto contatto con Kees van Oosten e Gijsbert Verdoes della FMD. "Fanno davvero parte del nostro gruppo di ricerca. E il fatto che ci troviamo nello stesso edificio è stato davvero conveniente e ha notevolmente migliorato la cooperazione, "dice Battisti.

Il gruppo di Milan Allan, di cui Battisti fa parte, studia i materiali quantistici, compresi i superconduttori ad alta temperatura. "Normalmente, i materiali diventano superconduttori al di sotto di 4 Kelvin, "Spiega Battisti. "Questo richiede elio liquido per il raffreddamento, che è molto costoso. Ma alcuni materiali diventano superconduttori a 100-150 Kelvin, che richiede solo azoto liquido facilmente accessibile."

Però, come funzionano questi superconduttori ad alta temperatura rimane un mistero, rendendo difficile l'effettiva applicazione pratica. "Da quando ho iniziato il mio dottorato di ricerca, abbiamo lavorato duramente per comprendere questo mistero, insieme ai nostri colleghi del Lorentz Institute. Con questo nuovo STM, Spero di aggiungere alcuni pezzi importanti al puzzle. Sappiamo che le onde possono interferire tra loro, "dice Battisti. "E studiando il modello di interferenza delle onde, possiamo conoscere qualcosa sulla lunghezza d'onda o sulla proprietà dell'onda. Dalla meccanica quantistica, sappiamo che possiamo vedere gli elettroni come particelle, ma anche come onde, la dualità onda-particella. Gli esperimenti che vogliamo condurre riguardano le caratteristiche ondulatorie degli elettroni. E con il nostro nuovo STM, possiamo visualizzare l'interferenza tra queste onde elettroniche sulla superficie del materiale. Da questi schemi, possiamo quindi estrarre le proprietà degli elettroni stessi, e quindi le proprietà del materiale."