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Molecular lithography
a quantum optical approach
Stefan Truppe
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Markus Arndt
DOI
10.25365/thesis.5292
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29582.74226.374159-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Quantenmechanik kann als das präziseste physikalische Modell angesehen werden,
das je entwickelt wurde. Sie fungiert als Triebkraft für technologischen Fortschritt und
Wohlstand. Sie berschreitet etablierte philosophische Konzepte der Realität und dient
als reiche Quelle für revolutionäres, wissenschaftliches Denken. Und trotzdem ist sie mit
unseren klassischen Vorstellungen nicht vereinbar.
Der Welle-Teilchen Dualismus im Besonderen ist ein Meilenstein der Quantenphysik und
nimmt einen zentralen Platz in unserem modernen physikalischen Weltbild ein. Seit jeher
ist er Gegenstand hitziger Debatten. Materiewellen-Interferometrie stellt sich als
geeignetes Werkzeug heraus, die fundamentalen Konzepte der Wellennatur von massiven
Teilchen elegant darzustellen. Diese Methode wurde nun entscheidend durch die
Kombination der molekularen Quantenoptik mit nanotechnologischen Verfahren erweitert:
Das molekulare Interferenzmuster wird lithographisch auf eine Siliziumoberfläche
geprägt. Die Verwendung eines Rastertunnelmikroskops ermöglicht überdies die Auswertung
der aufgenommenen Interferenz mit atomarer Auflösung. Die quantenphysikalische
Wellennatur massiver Teilchen erscheint so in einem völlig neuen Licht.
Während des Experiments verlassen großen Kohlenstoff-Fullerene mit komplexer innerer
Struktur als einzelne, lokalisierte Teilchen die Quelle und werden als solche auch auf der
Oberfläche deponiert. Doch ihre Anordnung lässt auf ein Verhalten während des Durchgangs
im Interferometer schließen, das als quantenphysikalische, räumlich ausgedehnte
Welle interpretiert wird. Zusätzlich zur Demonstration dieser fundamentalen Quanteneffekte eröffnen sich einzigartige Möglichkeiten für neue technologische Anwendungen der
Materiewellen-Interferometrie.
Innovative Verbesserungen in Bezug auf den bestehenden Vakuumapparat und die Justage
des Interferometers haben genauso zu einem erfolgreichen Experiment beigetragen, wie
das wertvolle Wissen und die Erfahrungen, die durch die Arbeit mit einem Rastertunnelmikroskop
gesammelt werden konnten. Darüber hinaus wurden neuartige Methoden zur
Geschwindigkeitsselektion eines molekularen Strahles und zur Positionierung der Tunnelspitze
entwickelt. So wird in dieser Arbeit erstmalig ein topgraphisches Abbild molekularer
Interferenz mit atomarer Auflösung präsentiert.
Abstract
(Englisch)
Quantum mechanics is the most precise theory ever developed and acts as a driving force
for technological progress and wealth. It transcends established philosophical concepts
of reality and functions as a rich source for revolutionary scientific research. And yet it
remains counter intuitive.
In particular, the wave particle duality is a cornerstone of quantum physics and lies
in the heart of our modern physical world view. It has remained subject of fiery debates
until present times. A suitable tool that demonstrates the fundamental concepts
of the wave nature of massive particles in a beautiful way can be seen in matter-wave
interferometry. This concept has now been significantly extended by combining the field
of molecular quantum optics with nanotechnological methods. Namely, the imprinting
of nanometer-scale interference patterns onto silicon surfaces. The use of a scanning
tunneling microscope to evaluate the recorded interference with single atom resolution,
elucidates the quantum wave-nature of massive particles in its most distinct form.
Large and internally complex carbon fullerenes leave the source as single, localized particles
and are revealed as individual molecules deposited on a surface, but structured in
a way that they have to be described by a delocalized quantum wave during their propagation
through an interferometer. Apart from this fundamental approach, the use of
quantum interference to deposit nanostructures composed of single, complex molecules
onto silicon surfaces offers unique possibilities for novel technological applications. Thus,
we trespass the mere demonstration of fundamental quantum effects to approach a novel
technological application of matter-wave interferometry.
Innovative improvements regarding the existing vacuum apparatus and alignment of the
interferometer, coupled with crucial knowledge gained concerning the imaging with atomic
resolution and exceptional, novel inventions dealing with the velocity selection of a molecular
beam and accurate tip positioning, make it possible to present the first image of a
quantum interferogram of large molecules directly visualized with single atom resolution.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
quantum physics molecular interferometry wave-particle dualism nanodeposition lithography
Schlagwörter
(Deutsch)
Quantenphysik Molekülinterferomterie Welle-Teilchen Dualismus Nanodeposition Lithographie
Autor*innen
Stefan Truppe
Haupttitel (Englisch)
Molecular lithography
Hauptuntertitel (Englisch)
a quantum optical approach
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
111 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Markus Arndt
Klassifikation
33 Physik > 33.23 Quantenphysik
AC Nummer
AC08086451
Utheses ID
4734
Studienkennzahl
UA | 411 | | |