Ph.D. A candidata Irene Battisti, do Instituto de Física de Leiden, desenvolveu o microscópio de tunelamento de varredura criogênico mais livre de vibrações do mundo. O novo microscópio pode lançar luz sobre a supercondutividade não convencional.

Um microscópio de tunelamento de varredura (STM) é extremamente delicado. Uma agulha de medição com um ápice atomicamente agudo é posicionada a apenas alguns angstroms de distância de uma amostra. Este é aproximadamente o diâmetro de um átomo, portanto, as vibrações entre a agulha e a amostra devem ser extremamente pequenas. Como referência, a ponta do Monte Everest teria menos vibração do que o tamanho de uma bactéria. Adicionalmente, Battisti pretendia fazer um microscópio criogênico com temperatura em torno de 4 Kelvin - quase zero absoluto. Essas temperaturas ultrabaixas são necessárias para a visualização espectroscópica das propriedades eletrônicas dos materiais até a escala atômica. "Isso complica muito as coisas, como a mecânica dos STMs regulares não são adequados para essas baixas temperaturas, "Battisti explica. Portanto, ela trabalhou com safira. “Este material não é só caro, mas sua resistência também torna muito difícil de processar, " ela diz.

A Sala de Ultramicroscopia no Edifício Gorlaeus foi projetada para isolar a vibração. De acordo com o arquiteto, é um dos lugares mais livres de vibração do mundo. Isso é alcançado por uma fundação separada, em que uma 'ilha' de concreto de 30 toneladas está suspensa por molas, coberto com uma mesa cheia de chumbo localizada em um segundo conjunto de molas. Combinado com o design exclusivo do microscópio, o sistema cria o STM criogênico mais estável do mundo.

Mas por que isso não foi feito antes? "Apenas recentemente a tecnologia foi desenvolvida o suficiente para construir este microscópio. Mas o mais importante, o Departamento de Mecânica Fina (FMD) em Leiden tem conhecimentos e habilidades cruciais, que são únicos no mundo. "Battisti trabalhou junto com Kees van Oosten e Gijsbert Verdoes do FMD." Eles realmente fazem parte do nosso grupo de pesquisa. E o fato de estarmos situados no mesmo prédio foi muito conveniente e melhorou muito a cooperação, "Battisti diz.

O grupo de Milan Allan, do qual Battisti faz parte, estuda materiais quânticos, incluindo supercondutores de alta temperatura. "Normalmente, materiais se tornam supercondutores abaixo de 4 Kelvin, "Battisti explica." Isso requer hélio líquido para resfriamento, o que é muito caro. Mas alguns materiais se tornam supercondutores em 100-150 Kelvin, que requer apenas nitrogênio líquido facilmente acessível. "

Contudo, como esses supercondutores de alta temperatura funcionam permanece um mistério, tornando difícil aplicá-los na prática. "Desde que comecei meu Ph.D., temos trabalhado muito para entender este mistério, junto com nossos colegas do Instituto Lorentz. Com este novo STM, Espero adicionar algumas peças importantes ao quebra-cabeça. Sabemos que as ondas podem interferir umas nas outras, "diz Battisti." E ao estudar o padrão de interferência das ondas, podemos saber algo sobre o comprimento de onda ou a propriedade da onda. Da mecânica quântica, sabemos que podemos ver os elétrons como partículas, mas também como ondas - a dualidade onda-partícula. Os experimentos que queremos conduzir examinam as características ondulatórias dos elétrons. E com nosso novo STM, podemos visualizar a interferência entre essas ondas de elétrons na superfície do material. A partir desses padrões, podemos então extrair propriedades dos próprios elétrons, e, portanto, propriedades do material. "