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Ein schönes Highlight am Ende der Doktorarbeit: Alexina Ollier wurde für ihre Arbeit ausgezeichnet
Alexina Ollier hat beim International Vacuum Congress 2022 in Sapporo (Japan) einen Young Researcher Award verliehen bekommen.
Die ehemalige SNI-Doktorandin Alexina Ollier hat beim International Vacuum Congress 2022 in Sapporo (Japan) einen Young Researcher Award verliehen bekommen. Sie erhielt diese von der Canon Anelva Corporation gestiftete Auszeichnung für ihren Vortrag über elektronische Eigenschaften von einlagigem, freiem Graphen. Im Rahmen ihrer vom SNI unterstützten Doktorarbeit arbeitete sie mit derartigen atomaren Verbindungen und untersuchte Energieverluste in verschiedenen zweidimensionalen Materialien.
2D anders als 3D
Mit zweidimensionalen Materialien wie Graphen oder Molybdändisulfid beschäftigen sich zahlreiche Forschende weltweit. Auch im SNI-Netzwerk untersuchen verschiedene Gruppen die Besonderheiten der 2D-Materialien. Diese aus einzelnen atomaren Lagen bestehenden kristallinen Materialien besitzen nämlich ganz andere physikalische Eigenschaften als ein dreidimensionaler Kristall desselben Materials. 2D-Materialien sind daher von grossem Interesse für ganz unterschiedliche Anwendungen, beispielsweise in der Elektronik oder Computertechnologie.
Auch Alexina Ollier hat sich in den letzten vier Jahren intensiv mit zweidimensionalen Materialien beschäftigt. Im Rahmen ihrer Doktorarbeit in der SNI-Doktorandenschule hat sie Energieverluste und Quanteneffekte in solchen 2D-Materialien untersucht.
Im Pendelmodus
Alexina verwendete für diese Untersuchungen ein ganz spezielles Rasterkraftmikroskop (AFM für Atomic Force Microscope), das in ihrer Arbeitsgruppe bei Professor Ernst Meyer am Departement Physik der Universität Basel entwickelt worden ist.
Bei diesem AFM fungiert der abtastende Federbalken (Cantilever) als winziges hin und her schwingendes Pendel. Für die Messung bei tiefen Temperaturen platzieren die Forschenden dieses oszillierende Pendel senkrecht zur Probe und bringen dann Probe und Pendel sehr nahe aneinander. Wenn an die Probe ein elektrisches Feld angelegt wird, interagieren bei einem Energieverlust Probe und Cantilever miteinander und die Schwingung des Cantilevers verringert sich. In dem AFM lässt sich diese reduzierte Oszillation durch eine energetische Anregung kompensieren. Dabei korrelieren die benötige Anregung und der Energieverlust in der Probe, sodass sich dieser dann berechnen lässt.
Energieverlust und Quanteneffekte
Da diese Methode so sensitiv ist, lässt sich damit der Energieverlust, auch Dissipation genannt, in verschiedenen zweidimensionalen Proben untersuchen. Zudem können die Forschenden auch Quanteneffekte darstellen und damit wichtige Information zum Verständnis der 2D-Materialien liefern.
In dem prämierten Vortrag, den Alexina Ollier im Rahmen des International Vacuum Congress 2022 in Sapporo (Japan) gehalten hat, präsentierte sie vor allem die Eigenschaften von einlagigem freiem Graphen.
In ihrer Doktorarbeit hat Alexina daneben auch Molybdändisulfid und eine besondere Graphen-Doppelschicht untersucht. Dieses sogenannte «Twisted Bilayer Graphen» besteht aus zwei Graphenlagen, die um den «magischen Winkel» von 1.1° gegeneinander verdreht sind. Dieses Twisted Bilayer Graphen ist so besonders, da es verschiedene quantenmechanische Phänomene zeigt, wie etwa Supraleitung, wo elektrischer Strom verlustfrei fliessen kann.
Mit ihren AFM-Untersuchungen konnte Alexina zeigen, dass sich die drei verschiedenen 2D-Materialien sowohl betreffend des Energieverlusts wie auch hinsichtlich ihrer quantenmechanischen Effekte stark unterscheiden.
Das freischwebende einlagige Graphen verhielt sich dabei ähnlich wie Quantenpunkte. Dies bedeutet, dass die Elektronen in ihrer Beweglichkeit enorm eingeschränkt sind und ihre Energie keine kontinuierlichen, sondern nur noch diskrete Werte annehmen kann. Im Twisted Bilayer Graphen beobachte Alexina Oszillationen der Energieverluste als Funktion des äusseren Magnetfeldes, was wahrscheinlich mit quantenmechanischen Interferenzeffekten zusammenhängt. In einer Atomlage von Molybdändisulfid stellte sie dann einen Phasenübergang zwischen Ferromagnetismus und Paramagnetismus fest. Beim Paramagnetismus kommt es nur bei Anwesenheit eines äusseren Magnetfeldes zu einer Magnetisierung während beim Ferromagnetismus die Magnetisierung auch ohne äusseren Magneten noch eine Weile anhält.
Viel gelernt und Sicherheit gewonnen
Inzwischen hat Alexina ihre Doktorarbeit erfolgreich verteidigt. Die junge Wissenschaftlerin möchte ihre Forschungstätigkeit gerne als Postdoc in einem anderen Labor fortsetzen. Dabei reizt es sie, noch mal ein anderes Land und eine andere Kultur kennen zu lernen.
«Ich konnte schon eine ganze Menge Unterschiede feststellen, als ich nach meinem Master von Frankreich in die Schweiz gekommen bin», erzählt Alexina. «In Basel habe ich die Freiheit genossen, die ich für meine Arbeit bekommen habe und die Tatsache, dass meine Meinung wirklich zählte.»
Insgesamt war es für Alexina eine tolle Zeit in dem Team von Ernst Meyer und in der SNI-Doktorandenschule. Sie hat die zahlreichen Gelegenheiten geschätzt bei der Winterschule «Nanoscience in the Snow» und beim Annual Event ihre Arbeit zu präsentieren und darüber zu diskutieren. Auch bei den Workshops wie dem Rhetorikkurs hat sie viel gelernt, wie sie berichtet. «Da wir untereinander ein so gutes Verhältnis haben, konnten wir uns bei diesen Kursen auch ganz offen Feedback geben – was mir sehr geholfen hat, jetzt sicher und mit Selbstvertrauen meine Arbeit vorstellen zu können.»
Die jüngste Auszeichnung in Sapporo belegt, dass Alexina mit ihrer Einschätzung richtig liegt. Sie hat sich nicht nur interessante wissenschaftliche Ergebnisse in ihrer Doktorarbeit erarbeitet, sondern kann diese auch unterhaltsam und anschaulich präsentieren.
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