Nanometergenau und rüttelfrei auf Position
Forschungszentrum Jülich stellt auf der Hannovermesseneuartigen Nanopositioner vor
Jülich/Hannover, April 2010 - Strukturen in der Größe von Nanometern rücken seit einiger Zeit in den Focus.
Dabei spielt es in der Forschung eine entscheidende Rolle, Objekte in diesen Dimensionen kontrolliert bewegen zu können.
Auf der Hannover Messe (Halle 2, Stand C38) zeigt das Forschungszentrum Jülich einen Nanopositionierer,
der mit hervorragenden Eigenschaften diese Aufgabe meistert.
Der Nanopositionierer hat folgende Vorteile:
- Ultrakompakte Abmessungen (3x3x10 mm)
- Kombiniert langen Verfahrstrecke (mm Weite) mit Sub-Ångström Positioniergenauigkeit
- Gleichmäßige, rüttelfreie Bewegung durch neues Arbeitsprinzip (Patent angemeldet).
Vermeidet hohe Beschleunigungen wie bei Trägheitsantrieben - Arbeitsprinzip unabhängig von der bewegten Masse
- Sub-Ångström Stabilität durch sehr hohe Resonanzfrequenzen
- Ideal geeignet für Rastersondenmikroskopie
Der Jülicher Nanopositionierer kann auf Bruchteile eines Atoms genau arbeiten,
also zum Beispiel die Spitze eines Rastersondenmikroskopes auf 0,1 Nanometer genau steuern.
Gleichzeitig ermöglicht er eine Verfahrstrecke von mehreren Millimetern - das ist ein Unterschied von 8 Größenordnungen. Im Gegensatz zur bisherigen Technik, der Trägheitstranslation, ist er jedoch komplett rüttelfrei und nicht anfällig für Schwingungen mit hohen Frequenzen. Seine kompakte Bauweise von rund einem Kubikzentimeter macht ihn stabil und er ist weitreichend einsetzbar, etwa im Vakuum, bei tiefen Temperaturen oder bei hohen Magnetfeldern. Mögliche Einsatzgebiete für den Jülicher Nanopositionierer sind die Kontaktierung von Nanoobjekten oder das Justieren von optischen Versuchen. Auf der Hannover Messe wird ein Rastersondenmikroskop vorgeführt, das dank der Jülicher Entwicklung eine atomare Auflösung bietet, aber ohne Isolation gegen Schwingung auskommt.
Das Arbeitsprinzip des Jülicher Nanopositionierers ist inzwischen zum Patent angemeldet. Es nutzt geschickt die Reibung zwischen einer zentralen Vorschubstange und den beweglichen Halterungen aus, in denen sie federgelagert sitzt. Damit sind exakte Bewegungen möglich, aber es werden die großen Beschleunigungen und Schwingungen vermieden, die bei anderen Verfahren auftreten.
In diesem Film wird der Nanopositionierer, der hier in ein Rastersondenmikroskop integriert ist, in Aktion gezeigt. Das goldene Piezoelement im oberen Bildteil hat einen Durchmesser von 3 mm. Die Spitze im untern Bildbereich wird auf die Probe (unten) hinbewegt und wieder zurückbewegt. Der Nanopositionierer ist vollständig im Piezoelement integriert.
Ultrakompakter Nanopositionierer
Es wird ein piezoelektrisch angetriebener Nanopositionierer mit Abmessungen von 8x8x16 mm vorgestellt. Dieser Nanopositionierer kombiniert eine Verfahrstrecke von mehreren Millimetern mit einer Feinbewegung im Sub-Ångström Bereich. Eine besondere Eigenschaft dieses Nanopositionierers ist eine gleichmäßige rüttelfreie Bewegung. Diese rüttelfreie Bewegung unterscheidet den neuen Nanopositionierer von bisherigen Nanopositionierern, die nach dem Prinzip der Trägheitstranslation arbeiten und durch angelegte Sägezahnpulse mit starken Beschleunigungen arbeiten. Durch ein neues Arbeitsprinzip, für das ein Patent angemeldet ist, werden Rüttelbewegungen, wie sie bei Trägheitsantrieben auftreten, vermieden. Wegen der ultrakompakten Bauweise zeichnet sich der Nanopositionierer durch höchste Stabilität im Sub-Ångströmbereich und hohe Resonanzfrequenzen aus. Der Nanopositionierer kann auch im Vakuum, bei tiefen Temperaturen und in hohen Magnetfeldern eingesetzt werden. Der Nanopositionierer kann überall eigesetzt werden, wo präzise Bewegungen vom Millimeterbereich bis hinab in den Nanometerbereich erforderlich sind. Anwendungsfelder sind die Nanopositionierung in Rasterelektronenmikroskopen, die kontrollierte Kontaktierung von Nanoobjekten, sowie auch die präzise Bewegung von optischen Komponenten und Fibern. Durch Kombination von mehreren Nanopositionierern kann ein Nanomanipulator aufgebaut werden, der eine Positionierung in mehreren Achsen erlaubt. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Nanopositionierung in Rastersondenmikroskopen. So wurde ein Rastersondenmikroskop mit dem Nanopositionierer als Kernstück aufgebaut, das aufgrund einer kompakten Bauweise atomare Auflösung ohne jegliche Schwingungsisolation erreicht.
Der neuartige Nanopositionierer wird in Jülich in einem Mehrspitzen-Rastertunnelmikroskop eingesetzt.
Ansprechpartner:
Vasily Cherepanov, Tel.: 02461/61-6636 ,E-Mail: v.cherepanov@fz-juelich.de
Peter Coenen, Tel.: 02461/61-3403 ,E-Mail: p.coenen@fz-juelich.de
Bert Voigtländer, Tel.: 02461/61-4116 ,E-Mail: b.voigtlaender@fz-juelich.de
letzte Änderung 02.03.2010 | Andreas Vossnacke | Ausdrucken