Vakuumspitzen

Vakuumspitzen sind feine Spitzen, die am Ende eines Sondenstabs in Rastertast- oder AFM-Systemen befestigt sind und in ultrahochvakuum betrieben werden. Ihre Aufgabe besteht darin, als Spitze des Sondenarms Oberflächenstrukturen atomar oder subatomar abzutasten. Die Wahl des Materials, die Apex-Geometrie und eine saubere, wenig kontaminierte Spitze bestimmen Auflösung, Stabilität und Empfindlichkeit der Messungen.

Herstellung und Vorbereitung: Die Spitzen werden typischerweise aus Wolfram oder PtIr durch elektrochemische Ätzung eines Drahtes hergestellt und anschließend in Vakuum weiterbehandelt. In-situ werden Methoden wie Abtragen durch Feldemission, Sputter- und Anlassen oder kontrollierte Spitzeformen genutzt, um eine besonders spitze Apex-Geometrie zu erzeugen. Zur chemischen Spezialisierung können Spitzen durch Pick-up von Atomen oder Molekülen (z. B. CO) terminiert werden, um die räumliche Auflösung oder chemische Sensitivität zu erhöhen. Reinigung und Stabilisierung erfolgen durch regelmäßige Konditionierung in UHV.

Anwendungen: In UHV-STM werden Vakuumspitzen zur Bildgebung mit Atomauflösung verwendet, ebenso für spektroskopische Messungen (STS). CO-terminierte Spitzen liefern oft scharfe Kontraste bei Molekülbildern. Spitzen kommen zudem in der Oberflächenwissenschaft zur Untersuchung von Kristalloberflächen, Legierungen, Halbleitersystemen und Adsorbaten zum Einsatz.

Herausforderungen: Die Apex-Struktur ist oft unbekannt und kann sich durch Oberflächenkontakt oder Kontamination verändern. Stabilität der Spitze, Reproduzierbarkeit der Vorbereitungsprozesse und die Erhaltung der Reinheit in UHV bleiben zentrale Anforderungen.