Verbundprojekt: Quantum NanoLab - Modulares Millikelvin Rastersondenmikroskop für die Quantentechnologie (Q-NL); Teilvorhaben: UHV ADR

Abstract

Ziel des Verbundprojekts war die Entwicklung einer neuartigen Experimentierumgebung für die Quantentechnologie, die auf maßgeschneiderten Nanostrukturen basiert und die Kontrolle einzelner Quantenzustände bei Temperaturen unter 0.1 K ermöglicht. Dazu wurden ultrahochvakuumtaugliche Rastersondenmikroskope mit einer modularen Tieftemperaturplattform kombiniert, die Millikelvin- und UHVRastersondenmikroskopie auf Basis der adiabatischen Entmagnetisierungskühlung (ADR) vereint. Dieses Konzept ermöglicht eine bislang unerreichte Kombination aus modularer Einsetzbarkeit und vibrationsfreier Betriebsweise und stellt damit einen entscheidenden technologischen Fortschritt gegenüber dem bestehenden Stand der Technik dar. Im Teilvorhaben wurde eine UHV-kompatible und ausheizbare Vor- und Endkühlstufe für Rastersondenmikroskope, mit der Temperaturen unterhalb von 20 mK erzielt werden, entwickelt. Hierfür wurden oxidische Materialien angewandt, die bei hohen Temperaturen und unter Vakuum chemisch stabil sind. Für die Vor- und Hauptkühlstufe wurden KBaGd(BO₃)₂ und KBaYb(BO₃)₂ verwandt. Im Projekt wurde das Syntheseverfahren vom Labor- in den Anwendungsmaßstab hochskaliert und ein Herstellungsverfahren für robuste Kühlpillen mit notwendiger mechanischer Stabilität, UHV-Tauglichkeit und bestmöglichen ADR-Kühleigenschaften entwickelt und optimiert.