Die Nanotechnologie entwickelt sich zu einem Schlüsselbereich für die Bewältigung globaler Herausforderungen in den Bereichen Gesundheit, Energie, Umwelt und Informationstechnologien.
Die meisten Nanomaterialien werden jedoch immer noch mit Massenverfahren untersucht, wobei der Durchschnitt über große Proben ermittelt wird, anstatt
einzelne Nanostrukturen mit echten Nanosensoren zu untersuchen. Insbesondere die Kernspinresonanz (NMR), als unser Arbeitspferd für die bio-chemische Synthese und medizinische Bildgebung, ist von Natur aus auf Bulkproben beschränkt. Die größte Herausforderung besteht darin, die NMR von einer Ensemble-Messtechnik (kommerzielle NMR-Geräte haben in der Regel eine Empfindlichkeit von Milliarden von Molekülen) in eine Technik im Nanobereich umzuwandeln,
bleibt ungelöst. In diesem Projekt werden wir diese Herausforderung meistern, indem wir eine Auflösung für einzelne Moleküle erreichen und so NMR in eine eine bildgebende Technik umwandeln, indem wir die beispiellose atomare Auflösung der Rastersondenmikroskopie (SPM) nutzen.
Technologie. Dieser Durchbruch wird auf resonanter, hochfrequenter, elektromagnetischer Anregung und Auslesung beruhen, einschließlich
wichtigen Fortschritten in der GHz-Technologie. Wir werden die Möglichkeiten der neuen Technologie nutzen, um den Nachweis von Einzelspin
NMR zu demonstrieren und die Grenzen unseres Verständnisses von Kern-Elektronen-Wechselwirkungen zu testen, indem wir die Physik von molekularen Nanoobjekten, 1D
Kohlenstoff-Nanobändern mit delokalisierten kohärenten Zuständen und 2D atomar dünnen magnetischen Materialien zu untersuchen.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englische Bezeichnung:
4D-NMR
Englische Kurzfassung:
Nanotechnology is emerging as a key area to address global challenges in health, energy, environment and information technologies.
However, we are still investigating most nanomaterials with bulk techniques, averaging over large samples, instead of looking at one
single nanostructure with true nanoscale sensors. Particularly, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) as our workhorse for bio/chemical
synthesis and medical imaging is inherently limited to bulk samples. The most fundamental challenge, to turn NMR from an ensemble-measurement technique (Commercial NMRs typically have a sensitivity of billions of molecules) into a nanocale technique remains unsolved. In this project we will overcome this challenge by reaching single molecule sensitivity, thus converting NMR int an imaging technique thanks to the exploitation of the unparalleled atomic resolution of the scanning probe microscopy (SPM) technology. This breakthrough will be based on resonant, high frequency, electro-magnetic excitation and readout including important advances in GHz technology. We will use the capabilities of the novel technology to demonstrate detection of single spin NMR and to test the limits of our understanding of nuclear-electron interactions, probing the physics of molecular nanoobjects, 1D
carbon nanoribbons with delocalized coherent states, and 2D atomically-thin magnetic materials. This novel technology will not only
open up new fundamental scientific insights but should also have a strong impact in the markets of NMR and SPM. In this context, the
project will be a keystone, demonstrating the novel platform conceived as a versatile upgrade for commercially-available SPMs, that
can routinely operate in various environments (vacuum, ambient, liquid) with a variety of molecules and materials.