Kryogenes Rasterelektronenmikroskop für Quanten-Sensitive Messungen

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535573191

Die Elektronenmikroskopie hat sich in letzter Zeit als wichtiges Instrument zur Charakterisierung optischer Anregungen auf der Nanoskala etabliert. Insbesondere zusätzliche Entwicklungen in der Kathodolumineszenz- und Elektronen-Energieverlustspektroskopie ermöglichen die Erforschung kollektiver Anregungen wie Polaritonen mit hoher räumlicher Auflösung. Die Kombination von Elektronenmikroskopen mit Strahlungsquellen ermöglicht nicht nur die spektroskopische Abbildung der optischen Anregungen, sondern auch die Erforschung ihrer Dynamik. In diesem Projekt möchten wir die Dynamik von Exziton-Polaritonen, Exziton-Plasmon-Polaritonen und Quantenemittern in organischen und anorganischen Halbleitern sowie hybriden Systemen untersuchen. Dazu verwenden wir Elektronenmikroskope in Verbindung mit internen Strahlungsquellen. Zu diesem Zweck wird ein Kryostat oder eine Kryostation, im Folgenden als Kryosystem bezeichnet, in ein bereits installiertes Rasterelektronenmikroskop integriert. Das vorhandene Rasterelektronenmikroskop ist mit einer Kathodolumineszenz-Spektroskopie ausgestattet, um die optischen Reaktionen von Materialien zu untersuchen. Das Kryosystem soll die Temperatur auf unter 5 K senken und mit einem Dewar für flüssiges Helium integriert werden. Die Vibrationen des Kryosystems sollten auf maximal 1 nm begrenzt sein, falls vorhanden. Das Kryosystem sollte modular aufgebaut sein, sodass es vom Bediener zurückgezogen oder durch den bereits installierten Probentisch des Rasterelektronenmikroskops ersetzt werden kann. Der Kryostat sollte es ermöglichen, die Position der Probe in Bezug auf die Elektronenoptik und die in der Vakuumkammer des Elektronenmikroskops installierten Parabolspiegel für die Kathodolumineszenzdetektion zu manipulieren. Dieses Kryosystem wird von einem hybriden Direktelektronendetektor mit hoher zeitlicher Auflösung begleitet, der ebenfalls in das Rasterelektronenmikroskop integriert wird. Der Detektor ermöglicht eine schnelle Erfassungszeit für die Abbildung strahlungsempfindlicher Materialien und bietet eine Plattform für die Durchführung korrelativer Elektronen- und Photonennachweisverfahren. In diesem Sinne werden die von der Probe unelastisch gestreuten Elektronen mit den emittierten Kathodolumineszenz-Photonen korreliert. Das Kryosystem, der Elektronendetektor, das Rasterelektronenmikroskop und sein Kathodolumineszenzdetektor bilden ein einziges Gerät, mit dem wir die optischen Reaktionen von Quantenmaterialien, empfindlichen organischen Halbleitern und Molekülen mit Elektronenstrahlen untersuchen können. Mit dem gesamten System werden wir die Emission von Ein-Photonen-Emittern, die als Defektzentren in van-der-Waals-Materialien auftreten und bei kryogenen Temperaturen arbeiten, die Exziton-Polariton-Dynamik in organischen und anorganischen Halbleitern, die an plasmonische und photonische Hohlräume gekoppelt sind, sowie die Bose-Einstein-Kondensation von Exziton-Polaritonen untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kryogenes Rasterelektronenmikroskop für quantenempfindliche Messungen
• Gerätegruppe: 5120 Rasterelektronenmikroskope (REM)
• Antragstellende Institution: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
• Leiterin: Professorin Nahid Talebi, Ph.D.