Séance de cours

Microscope de Tunneling de balayage : assemblage de spectroscopie et de nanostructure

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Dans cours

PHYS-407: Frontiers in nanosciences

The course covers relevant experimental and theoretical concepts in nanoscale science, from fundamental aspects like quantum tunneling and quantum size effects, to hot topics like quantum transport and nanoscale magnetism. ...

Description

Cette séance de cours explore les capacités du microscope à effet tunnel (STM) au-delà de l'imagerie, en se concentrant sur la spectroscopie pour étudier les propriétés électroniques et l'assemblage des nanostructures. À travers des exemples avec des pointes d'or et de niobium, l'instructeur démontre comment la STM peut mesurer la densité des états, révélant des idées sur la supraconductivité. En outre, la séance de cours se penche sur l'utilisation de la STM pour l'assemblage précis des nanostructures atome par atome, démontrant son potentiel dans l'étude des effets spécifiques et des propriétés électroniques.

Enseignant·e·s (4)

Magalí Alejandra Lingenfelder

Magalí Lingenfelder is currently leading the Max Planck-EPFL Laboratory for Molecular Nanoscience. Her vision is to create atomically tailored interfaces for applications in two distinct areas of urgent technological and societal relevance: energy conversion and smart antimicrobial interfaces. To access the nanoscale, her group uses a combination of state-of-the-art scanning probe microscopy and solid state spectroscopy, allowing the study of kinetic processes in-situ under liquid flow and potential control conditions (operando electrocatalysis). She made seminal contributions to the field of metal-organic coordination networks on solid surfaces, and received the Otto Hahn medal in 2008 for the microscopic understanding of the chiral recognition process with submolecular resolution. She is a committed mentor, and since her relocation from the Lawrence Berkeley National Laboratory, USA to EPFL in 2013, she directed 3 MSc. theses, 4 PhD theses and 4 postdocs. She advocates for problem-oriented interdisciplinary research: she led 5 international research consortiums, delivered over 40 invited presentations and organized 9 conferences and 4 doctoral schools. In 2018, the Royal Society of Chemistry included her work in the first collection “Celebrating Excellence in Research: 100 Women of Chemistry”.

Klaus Kern

Klaus Kern is Professor of Physics at EPFL and Director and Scientific Member at the Max-Planck-Institute for Solid State Research in Stuttgart, Germany. He also is Honorary Professor at the University of Konstanz, Germany. His present research interests are in nanoscale science, quantum technology and in microscopy at the atomic limits of space and time. He holds a chemistry degree and PhD from the University of Bonn and a honorary doctors degree from the University of Aalborg. After his doctoral studies he was staff scientist at the Research Center Jülich and visiting scientist at Bell Laboratories, Murray Hill before joining the Faculty of EPFL in 1991 and the Max-Planck-Society in 1998. Professor Kern has authored and coauthored close to 700 scientific publications, which have received nearly 60‘000 citations. He has served frequently on advisory committees to universities, professional societies and institutions and has received numerous scientific awards and honors, including the 2008 Gottfried-Wilhelm-Leibniz Prize and the 2016 Van‘t Hoff Prize. Prof. Kern has also educated a large number of leading scientists in nanoscale physics and chemistry. During the past twenty-five years he has supervised one hundred PhD students and sixty postdoctoral fellows. Today, more than fifty of his former students and postdocs hold prominent faculty positions at Universities around the world.

Source officielle

Concepts associés (32)

Microscope à effet tunnel

thumb|Atomes de silicium à la surface d'un cristal de carbure de silicium (SiC). Image obtenue à l'aide d'un STM. Le microscope à effet tunnel (en anglais, scanning tunneling microscope, STM) est inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le prix Nobel de physique pour cette invention en 1986. C'est un microscope en champ proche qui utilise un phénomène quantique, l'effet tunnel, pour déterminer la morphologie et la densité d'états électroniques de surfaces conductrices ou semi-conductrices avec une résolution spatiale pouvant être égale ou inférieure à la taille des atomes.

Mécanique quantique

La mécanique quantique est la branche de la physique théorique qui a succédé à la théorie des quanta et à la mécanique ondulatoire pour étudier et décrire les phénomènes fondamentaux à l'œuvre dans les systèmes physiques, plus particulièrement à l'échelle atomique et subatomique. Elle fut développée dans les années 1920 par une dizaine de physiciens européens, pour résoudre des problèmes que la physique classique échouait à expliquer, comme le rayonnement du corps noir, l'effet photo-électrique, ou l'existence des raies spectrales.

Spectroscopie Raman

La spectroscopie Raman (ou spectrométrie Raman) et la microspectroscopie Raman sont des méthodes non destructives d'observation et de caractérisation de la composition moléculaire et de la structure externe d'un matériau, qui exploite le phénomène physique selon lequel un milieu modifie légèrement la fréquence de la lumière y circulant. Ce décalage en fréquence dit l'effet Raman correspond à un échange d'énergie entre le rayon lumineux et le milieu, et donne des informations sur le substrat lui-même.

Problème de la mesure quantique

Le problème de la mesure quantique consiste en un ensemble de problèmes, qui mettent en évidence des difficultés de corrélation entre les postulats de la mécanique quantique et le monde macroscopique tel qu'il nous apparaît ou tel qu'il est mesuré.

Microscopie à sonde locale

La microscopie à sonde locale (MSL) ou microscopie en champ proche (MCP) ou scanning probe microscopy (SPM) en anglais est une technique de microscopie permettant de cartographier le relief (nano-topographie) ou une autre grandeur physique en balayant la surface à imager à l'aide d'une pointe très fine (la pointe est idéalement un cône se terminant par un seul atome). Le pouvoir de résolution obtenu par cette technique permet d'observer jusqu'à des atomes, ce qui est physiquement impossible avec un microscope optique, quel que soit son grossissement.

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Séances de cours associées (64)

Introduction à la détection quantique

Introduit la détection quantique et la métrologie, en explorant les limites de précision et les cadres unifiés pour l'analyse avec les systèmes quantiques élémentaires.

Résonance magnétique: Spin Qubits et leurs applications

Couvre les principes de résonance magnétique et leur application aux qubits de spin dans la science quantique.

Microscopie électronique: Ere d'information quantique

Explore la microscopie électronique à l'ère de l'information quantique, en se concentrant sur la détection de l'ordre magnétique et des champs électriques aux niveaux atomique et nanométrique.

Puits quantiques : niveaux d'énergie et états quantiques

Couvre les puits quantiques, les niveaux d'énergie, les qubits et les oscillateurs harmoniques en physique quantique.

Optique quantique : bases et applications

Couvre la quantification du champ électromagnétique, la mesure des états quantiques de la lumière et le développement historique de l'optique quantique.

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