title: Molecular lithography
Creators: name: Truppe, Stefan
Publisher: name: :none
Year: 2009

description: 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.
description: 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.