Materials Research Activities

Erik Laegsgaard interview

Interview with Erik Laegsgaard

conducted by Arne Hessenbruch

Dept. of Physics and Astronomy, Aarhus University

1 May 2001

In Danish only - sorry!

 

Erik Lægsgaard: Det hele startede i 1987 hvor Ivan og Flemming, der var overfladefysikere, havde fået den idé, at de ville prøve at få et STM i huset. Den gang var det ikke lige noget man kunne gå ud og købe. På et tidspunkt kontaktede de mig, for jeg havde fået et ry for at være det man kalder en interface mand. Man laver noget apparatur som man skal have styret af elektronik, og det havde jeg kørt nogen projekter med partikeldetektorer om. I første omgang spurgte de mig bare om jeg var interesseret i at deltage i diskussioner om, hvad man skulle investere af penge. Og det havde jeg ikke noget imod.

Arne Hessenbruch: Havde du hørt om STMerne i 1987?

EL: Ja, for der var jo en Nobelpris året før.

AH: Havde du hørt om dem før Nobelprisen?

EL: Det er jeg ikke sikker på. Ikke før Nobelprisen. Men, et STM er jo uendeligt simpelt. Vi gik i gang med nogle undersøgelser. Det var mange forskellige mærkelige ting, for vi var lidt på herrens mark. Det var for eksempel: hvad skal man bruge af computere. Fordi den gang var der jo ikke rigtigt noget, der hed PC. Eller rettere: den var lige på trapperne. Der blev så lavet en ansøgning på et tidspunkt. Jeg skal nok lige først sige, at i april 1987 havde jeg skrevet sådan et lille skrift her, der diskuterer, hvad man skal bruge til computere. Hvad skal man have af afbøjningsspændinger osv. Og det var nærmest for at ridse op: hvad ved vi, og hvad skal der til? Men så skete der det sjove, at vi i den samme sommer - juli måned 1987 - gik i gang i et øvelseslokale vi har her oppe med at lave en meget simpel opstilling, for at prøve at se atomer af grafit. Og det lykkedes altså, ca. midt i juni. På de her billeder kan du faktisk se grafit.

AH: Lykkedes det første gang?

EL: Ja, for os. Altså, vi havde arbejdet i et par uger før vi så den atomare strukturer. Vi så først nogle andre strukturer. Bare sådan nogle ujævnheder på en guldoverflade. Og det der instrument blev bygget af de mest mærkelige ting, som vi fandt rundt omkring. Du kan se en skitse af det her. Det er en grovskitse.

AH: Ja, den skitse er vist gengivet i jeres publikation fra 1988 (1).

EL: Ja, det kan vist godt være. Nu ved jeg ikke, hvor meget Ivan har fortalt dig om, hvad der så skete.

AH: Kunne du ikke først fortælle lidt om alle de mærkelige ting, I brugte til at lave mikroskopet med.

EL: Ja, vi fandt nogle smådimser, og så borede vi huller hvor der skulle bores huller - vi lavede altså det hele selv. Det var ikke værkstedet, der normalt ville gøre det.

AH: Hvor fandt I dimserne?

EL: Vi tog bare hvad der lå omkring og nogenlunde passede til formålet. Det var et køkkenbordsprincip; vi lavede altså ikke først en flot tegning, som vi tog ud i værkstedet. For at drive det, skulle vi selvfølgelig bruge noget elektronik. Det var elektronik som vi skrabte sammen fra andre opstillinger, hvilket vi kunne gøre rimeligt stille, fordi det var en sommer. Vi skulle bruge nogen, ikke højspænding men, 100-Volts-forsyninger. Dem kunne vi så finde nogen stykker af selv.

Three views of the first STM:

  • top left: sketch
  • bottom left: close-up
  • bottom right: full view

 

AH: Og det var altså jer tre, der gjorde det: dig, Flemming og Ivan? Og I gik sådan rundt og rodede med det, fordi det simpelthen var skægt?

EL: Ja. Det var nok mest mig, der gik og rodede og byggede selve instrumentet. De klappede i deres små hænder, når der var atomer at se. Og de her atomer er så illustreret på en lidt underlig måde, fordi alt var drevet af sammenskrabet elektronik. Det vil sige, at vi ikke havde nogen computer. Så vi afbildede overfladen på det, man kalder et storageoscilloskop, altså et oscilloskop, der tegner, og lysforholdet bliver stående. Og så fotograferede vi skærmen. Fotografierne er så store her [ca. 8x8cm]. Lige op til det her havde vi besøg af en tysker, der var i Danmark for at holde foredrag ved Dansk Fysisk Selskabs møde. Han hedder Jürgen Behm, og han er en af de første, der havde et STM. Jeg mener ikke, at vi havde atomar opløsning, da han var her, men det var lige før. Jeg kan tydeligt huske, at han var meget imponeret over, at vi overhovedet kunne lave tunneling med vores udstyr. Der er en anden ting, vi lige skal nævne, og det er at vores opstilling bare stod på et bord i laboratoriet - godt nok på en skumgummimadras. Og det er man ikke vant til i denne her branche. Man forventede mere vibrationsdæmpning.

AH: Men når man kigger på Binnig & Rohrers publikationer fra 1985, som du vel også havde læst, så kan man jo se, at de også var gået væk fra en del af de komplicerede dæmpningssystemer.

EL: Jah, men de har stadig flere plader med dæmpning. Og vores instrument stod simpelthen på en skumgummiplade. I bund og grund er vores konstruktion meget mindre, rent fysisk. Det her rør, f.eks. er 6cm højt. Og der var ikke ret mange andre der havde så små konstruktioner den gang. Og det er igen en tilfældighed. Vi snakkede med et dansk firma, der hedder Ferroperm, og de havde netop rør af denne dimension.

AH: Der var altså nogle ting i købte. Ikke alt var skrabet sammen.

EL: Jeg tror nu nok, at vi havde sådan et rør i huset til det allerførst mikroskop.

AH: Hvor lang tid gik I rodede med det her?

EL: En måneds tid eller to.

AH: Hvilke publikationer læste du som forberedelse?

EL: Sikkert hvad der sidder her i folderen: De typiske første artikler:B&R, Vibration isolation, Park. Det var også sådan noget med at kigge på, hvilken elektronik de brugte. Som du sikkert ved, så er jeg uddannet som svagstrømsingeniør. Det er sådan set derfor, at de ville have mig med i det her projekt. Der var mange småting. Hvad bruger man af kabler, hvordan får man prøven ind og ud? Specielt med henblik på at få det tilpasset ultrahøje vakuumsystemer.

AH: Det var altså jeres næste skridt? Og det var fordi overfladefysikerne ønskede UHV?

EL: Ja. Problemerne kom med at have det rigtige elektronikudstyr. Målet var at få det computerstyret. Det lykkedes os også lidt senere, ved hjælp af en af de allermindste personlige computere, sådan ca. 1986, hvor vi købte nogle indstikskort, dels til at drive spændingerne, dels til at måle på dem.

AH: Og det kunne man købe?

EL: Ja, sådan nogle indstikskort kunne købes. Det har jo ikke været helt lige i begyndelsen af PCen. Vi fik vores første PC omkring 1984, og vores STM var tre år senere. Vores første computer kostede ca. $1000. Det er ca. det samme som en ny computer nutildags. De kan bare meget mere.

AH: Jeg er ikke svagstrømsingeniør, og jeg kan ikke forestille mig, hvordan du gjorde det. Kan du forklare det for lægfolk?

EL: Det kan jeg sagtens forklare. Jeg havde to funktionsgeneratorer, altså generatorer, hvor man kan sætte en frekvens og en kurveform. Og hvis man så kører en trekant, en kurveform med en ret høj hastighed på den side som driver nogle på x-aksen mens man kører på en lav frekvens på den anden. Det putter du så ind på oscilloskopet, på x- og y-afbøjningen. Så havde vi et kredsløb som modulerede lysstyrken i afhængighed af tunnelstrømmen. Og det er sådan set det hele. Jeg skal lige indskyde, at vi næsten er de eneste i verden, der sad og lyttede til tunnelstrømmen med høretelefoner.

Det er klart, at når du passerer en række atomer med en konstant hastighed, så kan du høre en tone med høretelefonerne. Og vi fandt hurtigt ud af, at det er faktisk en god måde at tune parametrene på. Det har vist sig at være en god metode, og vi bruger den den dag idag. Der er mange hos os, der siger, at uden høretelefoner ville de ikke kunne måle med et STM. Og folk der kommer her, de kigger undrende på os og spørger, hvorfor vi har høretelefoner på. Og det ligesom for at få endnu et input fra instrumentet. Du kan godt nok se noget på skærmen, men du kan faktisk også sidde med lukkede øjne og høre, om du har atomar opløsning. Man får et indtryk af tunnelstrømmen, og man vænner sig lynhurtigt til den lyd der tilkendegiver den atomare opløsning.

Legend: Jeppe Vang Lauritsen, listening to the tunneling current at Aarhus University's Institute of Physics.

AH: Okay, det drejer sig altså ikke om tilnærmelsen mellem prøve og spids. Lydfrekvensen er et resultat af tunnelstrømmen, når du skanner hen over prøven.

EL: Til at begynde med havde vi kun et sæt høretelefoner på, med én ledning hen til STMet. Og så fandt vi ud af at det var da egentlig smart med de der infrarøde transmittere. Og det var faktisk endnu mere smart end vi havde regnet med. I et laboratorium arbejder man jo som regel to og to: f.eks. med en lidt ældre studerende eller en postdoc. Og nu kan de sidde og lytte begge to og snakke sammen om det: nu hører vi det her eller det der. Og det var et stort fremskridt.

Mennesket er vant til at høre uden at tænke over det. Man siger, at øret virker som et Fouriertransform. Altså, det du hører er i virkeligheden ikke toner men Fourierkomponenter. Hvis du hører en tone, så kan du ikke høre fasen, og det er nøjagtigt det samme i en Fouriertransformation: der får du heller ikke automatisk fasen med. Du kan selvfølgelig godt høre, hvor tonen kommer fra. Det har noget at gøre med faseforskellen mellem de to ører. Men øjet er slet ikke beregnet til at se sådan nogle pletter. Øjet er beregnet til at kigge ud over græsset og se, at dér kommer der en fed and. Det kender du sikkert godt, at med øjet lægger man mærke til små forandringer med det samme, selv hvis helheden er kompliceret. Derimod, hvis man skal til at analysere sådan noget på en computer, så er det møgbesværligt. Øjets evne til at lægge mærke til forandringer i levende billeder har vi så udnyttet i vores film. Det er ikke så godt til at se småting på et oscilloskop. Der er øret bedre.

AH: Havde du erfaring med den slags ting pga din baggrund som svagstrømsingeniør?

EL: Jeg er også radioamatør. Jeg er vant til at lytte og tune. Jeg mener virkelig, at det er et af de punkter, hvor vi adskiller os fra så mange andre laboratorier. Jeg synes, at vi har haft gavn af det. Det er klart at man kan lige så godt udnytte alle de sanser vi nu en gang har.

AH: Ja. Sad I også og lyttede allerførste gang?

EL: Ja, vi sad allerede og lyttede til hvordan tunnelstrømmen lød, før vi så de enkelte atomer. Fordi du kan høre variationerne i tunnelstrømmen.

AH: I de første tre uger, du nævnte, gik tiden altså med at bore huller og med at sætte tingene sammen, ikke så meget med at justere?

EL: Jo, fordi efter at det var sat sammen og vi kunne tage billeder, fx af sådan en guldoverflade og ujævnhederne, og at vi kunne zoome ind og ud, og se at vi kunne se strukturen, så var vi jo klar over, at vi er på rette vej. Se her: her skanner vi et område på 1000 x 1000Å. Det er stadigvæk med vores storageoscilloskop. Du kan se, at visse strukturer, fx øen her, går igen i alle billederne, uanset om vi skannede 1000 kvadrat eller 500 eller 250. Det var den slags, der viste os, at vi var tæt på målet.

[De gule pile viser øen.]

Dette er vist forløberen til en ansøgning. Vores budget [se nedenstående] er interessant fordi omkostningern til selve STMet er meget små, og de store poster er dem til ultrahøjvakuumsting.

 
Det fysiske Institut
Ekstern
1. UHV-kammer
80.000
 
2. Vibrationsdæmpning af do.  
25.000
3. Ionpumpe 230 l/sek  
73.000
4. Forsyning for do.
23.000
 
5. Turbopumpe 220 l/sek  
60.000
6. Sublimationspumpe + forsyning
35.000
 
7. Ionisationssonde  
8.000
8. Forsyning for do.
10.000
 

9. Udbagningskontrolsystem

10.000
 
10. Restgas-analysator
120.000
 
11. LEED-Auger optics + elektronkanon
100.000
 
12. LEED-Control Modul  
21.000
13. LEED elektronik forsyning  
65.000
14. Auger elektronik forsyning
75.000
 
15. Sputter kanon + forsyning for do.  
214.000
16. Computer til styring af elektronik +eksperiment  
45.000
17. ADC-DAC - stepmotor indstikningskort  
40.000
18. Billedbehandling - indstikningskort for do.  
60.000
19. Software pakke for do.  
30.000
20. Spændingsforsyning til Piezo-elektriske krystaller  
20.000
21. Lock-in forstærker  
50.000
Ialt kr.
453.000
711.000

[På budgettet står der også følgende: "Det fremgår af skemaet, om det enkelte apparatur ønskes finansieret af eksterne midler, i så tilfælde er prisen baseret på et indhentet tilbud, og priserne er omregnet baseret på dagskursen. I det tilfælde, hvor apparaturet bygges på Det fysiske Instituts (DfI) mekaniske og elektroniske værksted, er den anførte pris, hvad et tilsvarende apparatur ville have kostet ifri handel." På et lignende budget står der endvidere: "På DfI findes der tekniske afdelinger, der besidder den nødvendige know-how, der gør, at det er muligt at bygge et STM. Af Det naturvidenskabelige Fakultet på Aarhus Universitet er der bevilget 12 lønmåneder (~190.000kr.) til ansættelse af en elektroniktekniker (finmekaniker)."]

AH: Og de andre instrumenter, LEED og Auger, er mere til at sammenligne resultaterne med?

EL: De er til at kontrollere at krystallen er ren og krystallinsk, og at der ingen restgasser er inde i kammeret. Den gang kørte man meget med kombineret LEED og Auger. Med Auger kan man se, om der er andre atomer på overfladen, og med LEED kan man checke af, om krystallen er krystallinsk. I forbindelse med bevillingen blev der så ansat en forskningstekniker i elektronik, som byggede nogen spændingsforsyninger, så vi redigerede indstikskortene, som vi havde i computeren. De kunne gå over i forsyningerne, der så kunne drive vores elektronik. På dette tidspunkt blev vi så nødt til at aflevere noget af det udstyr, vi havde skrabet sammen i løbet af sommeren.

AH: Instituttet var...

EL: meget fattigt dengang, i forhold til idag. Idag har vi utroligt meget nemmere ved at finde midler. Vi havde ingen penge dengang.

AH: Sådan noget som piezorør kunne i da ikke bare finde her, kunne I?

EL: Jo, for man brugte piezorør til laserinterferometere, hvor man lige skal lave en bølgelængdes bevægelse. Jeg ved ikke om det lige var det vi brugte til det indre rør, men det ydre rør er også et piezoelektrisk rør, og det ved jeg blev brugt i forbindelse med en meget lille afbøjning. Der var fx en mikrometerskrue med sådan et rør inden i. Man grovindstillede med mikrometerskruen, og så fortsatte man med piezorøret. Og det havde vi her på instituttet.

AH: Og hvad med spidsen?

EL: Jah, der købte vi bare noget platinum-iridium-tråd hos et hollandsk firma, som jeg ikke husker navnet på længere. Og den klippede vi af med en bidetang! Der var også andre ting, som vi ret hurtigt kom efter, fx at lime de tynde ledninger fast.

AH: Hvad kostede det allerførste STM?

EL: Ingenting. Vi havde alt, også limen. Jeg sad alligevel og arbejdede med kontaktering af elektroder og den slags ting lige før vi begyndte på STMet. Jeg sad bl.a. også og brugte den slags lim, som jeg lige nævnte. Jeg arbejdede med detektorer af blocking patterns i kernefysik. Man skyder ind, og atomet rekylerer fra krystalstrukturen, og så kan man se langs med aksen en udsendelse af fissionsfragmenter fra atomet der stikker udenfor. På den måde kan man måle korttidsrekyleringer. Man måler i to retninger, næsten vinkelret på hinanden. Den ene vil altid være blokeret. Det var Prof. Karl Ove Nielsen der byggede den eksperimentelle del og tog initiativ til den slags kernefysik.

AH: Lad os gå lidt frem i tiden. I 1988 kommer jeres første publikation, og der har I allerede penge til projektet?

EL: Ja, ansøgningen gik igennem. Og det var jo ikke mig. Det var Flemming [Besenbacher]. Her er det sådan, at Flemming skaffer pengen, og vi andre bruger dem. Det er sat lidt på spidsen, men det er rigtigt nok. Flemming har altid været god til at skaffe penge. Men som du også kan se af budgettet, at mikroskopet selv ikke var særligt dyrt. Men vi ansatte en elektronikmekaniker, og hans løn skulle betales, og det var dyrt.

AH: Synes du, det var spændende at arbejde med dette nye område?

EL: Ja, det syntes jeg. Jeg har faktisk foretaget et par skift. Jeg arbejdede først med atomfysik, og så med blocking patterns, og så skiftede jeg til STM. Det har været sjovt - ligesom alt det andet også var det.

AH: Jeg har hørt fra mange andre, der arbejdede med STM i 80erne, at der var noget særligt spændende ved den atomare opløsning.

EL: Ja, det skal nok også tilføjes, at det vi lavede i luft var nemt, men da vi så skulle til at lave det i UHV, så gik der lidt mere tid. Jeg husker ikke at vi havde nogen udtalte problemer med opløsningen. Vi havde problemer med at gøre krystallen ren. Vi havde en siliciumkrystal, som Klaus Mortensen målte på. Det var ikke nemt: man skal varme den op næsten til smeltepunktet og først da forsvinder den sidste ilt fra siliciumoverfladen, og så får man 7x7-rekonstruktion. Den slags var selvfølgelig overfladeforskernes problem og ikke så meget mit. Men på et tidspunkt smeltede siluciumen og der faldt en dråbe ned i instrumentet, og så var det også mit problem.

AH: Okay, hvad skulle I ændre i instrumentet for at tilpasse det til UHV?

 

EL: Det er et helt nyt instrument. I et UHV-kammer skal alt være pinligt rent, og det vil sige at man ikke kan bruge vilkårlige materialer. Så bliver det besværligt, og man må virkelig stramme sig an.

AH: Lavede du også det nye instrument?

EL: Jeg samlede det. Vi fik dimserne lavet i værkstedet her. Og så limede jeg piezotingene sammen - med speciallim til UHV. Vi lærte den slags ting ved at snakke med folk, der havde erfaring med UHV. Værkstedet lavede faktisk et andet STM før vi begyndte på et til UHV. Mekanikken blev designet. I den første version havde vi en mikrometerskrue som skulle skrues i hånden. I den næste version havde vi en inchworm, som kan bevæge hele strukturen. Og det sker så under computerkontrol.

AH: Ivan nævnte, at det var din opfindelse?

EL: Ja men det er jo ikke rigtigt. Godt nok opfandt vi den, men den eksisterede allerede kommercielt. Der var faktisk folk her i huset som kendte til den; vi havde bare ikke snakket med de rigtige mennesker.

AH: Denne her mikrometerskrue: I sad altså og lyttede og skruede?

EL: Jah, men der var et tilbagekoblingskredsløb, der gør at selvom jeg kører det hele opad, således at i samme øjeblik som strømmen begynder at gå, så trækker røret sig sammen og kompenserer, således at nålen ikke rører prøven. Det er altid nødvendigt at have sådan et tilbagekoblingskredsløb. Vi tog det ikke så tungt: pyt med det, hvis nålen kom til at røre prøven.

AH: Ja, hvis man bruger en bidetang til at præparere nålen, så går det jo stærkt med at få den næste frem.

EL: Instrument nr. 2, der godt nok er blevet repareret flere gange, bruger vi stadig til gymnasieøvelser. Vi har mange gymnasieklasser, der kommer herind for at lave en øvelse med et STM. Vi giver dem som regel et foredrag på en 20 minutter, og så starter vi et STM op og viser den atomare opløsning, og så får de lov til selv at ændre på nogle parametere: skanstørrelse, hvor på prøven. De kan gemme billedet på harddisken. De må så vælge, om de vil lave databehandling på billederne her, eller om de vil have dataerne med hjem. I løbet af de sidste år er forandringen gået derhen, at de nu næsten alle vil have dem med hjem. Det er meget nemt for dem at kopiere dem over i deres Word-dokumenter, eller hvad de nu skriver i, og så inkluderer de billederne i rapporten. I det sidste år er der virkelig sket et ryk i gymnasierne.

AH: Altså at de nu alle har en computer?

EL: Ja, og at de alle har fået e-mail adresser. Det er også forholdsvist nyt blandt gymnasieungdommen. Så de sender simpelthen dataerne direkte herfra til deres egne kontoer. Der er af til et problem, fordi vores datafiler er ret store, og på gymnasierne får de ikke ret meget kapacitet. I sådanne tilfælde lægger vi det op på en af vores hjemmesider, og så kan de hente det derfra.

AH: Har du nogensinde undervist studenter i at lave et STM?

EL: Nej.

AH: Hvorfor ikke?

EL: Blandt vore studenter er der ikke rigtigt nogen, der har interesse for instrumenter. De vil bare have resultaterne. Nogen gange forstår de meget lidt, såsom hvordan en inchworm virker.

AH: Hvor lang tid varede det så at få nr. 3 klar - det til UHV?

EL: Jah, det tog vel et halvt år.

AH: Tegnede du?

EL: Nej, på det tidspunkt havde vi en rigtig gammeldags tegnestue. Der var en konstruktør der, Svend Olesen, der tegnede det. Der var en gruppe på DTU der samtidig arbejdede på at bygge en STM. Lars L Madsen, tror jeg han hed. Og der var der en lille smule konkurrence mellem os, for vi ville ikke lave det som de lavede det. Deres var betydeligt større i alle dimensioner. Og så blev vi inviteret af Erhvervsfremmestyrelsen til en præsentation i et eller andet pakhus i København. Jeg tror midt i 1988. Man mente, at dansk industri måske ville kunne udnytte sådan et instrument, hvis de fik et lille forspring. Det viste sig så at Struers, et firma indenfor metallurgi, polering, sandpapir og sådan noget, var interesseret i instrumentet; de ville bare ikke selv lave det. Og så var det, at DME i Herløv kom på banen. De arbejdede så med det, efter at vi havde lavet vores UHV-instrument. Vi snakkede meget med dem. De aftalte med Struers at lave så og så mange instrumenter, som Struers så ville aftage. Det gik så i nogle år, før Struers stod af, og så gik DME selv, som de stadig gør. For et par år siden brød vi med dem, for vi følte ikke, at vi fik noget ud af det. Vi skulle have procenter af hvert instrument de solgte. De solgte både til UHV og til luft. Og pludselig fik vi kun for UHV-instrumenterne, som de overhovedet ikke satsede på. Og da havde vi længe været deres konsulenter. De ringede og spurgte både om det ene og det andet. Vi havde været ude hos kunder med dem.

AH: Hvem fik egentlig betaling? Var det instituttet?

EL: Nej, det var os tre. Universitetet ville ikke have haft noget med den slags at gøre. Det samme kan siges om patenter.

AH: Tog I patenter?

EL: Nej, det har vi aldrig været gode til, her på Universitetet. Det er egentlig synd, at dansk industri aldrig fik noget ud af det. DME, undskyld mig, sjoflede projektet. De havde en elektronik- og en mekanikmand, der arbejdede hver for sig. Resultatet var, at prototypen overhovedet ikke duede. Den ene skældte den anden ud, og omvendt. De arbejdede længe på det, en to-tre år før de begyndte at sælge noget.

AH: Jan Friis Jørgensen arbejdede da vist for DME i de første par år. Havde han noget med det at gøre.

EL: Nej, der var en anden. Der var tegn på at der var noget galt. Deres specifikationer er helt magen til vores, men det tog bare alt for lang tid. I mellemtiden kom DI på banen, og så var løbet kørt. Hvis nu DME havde gjort det ordentligt, så ville de have haft to års forspring. Nu er det DI, og et par andre. Vi har lige købt noget fra Molecular Imaging: et kombineret AFM og STM, væske, celler og alt muligt. Og så er der kommet nogle russere på banen for et par år siden. Det er næsten halv pris hele vejen igennem. Og der er Hitachi, Omicron. Men Danmark er ikke med. Og det er synd. Det er jo netop et produkt, der passer til vores industri. Det er ikke stort og dyrt, men præcisionsarbejde. Nogle af vores gode gamle firmaer, som Radiometer og Brühl & Kjær kunne have løst opgaven, hvis de havde villet.

AH: Og i de næste par år lavede du stadig jeres egne instrumenter, ikke sandt?

EL: Jo. Der er et instrument som vi nu køber, der har et lidt andet anvendelsesområde. Det er ikke til anvendelse i UHV. Det er fx i et nyt projekt, som drejer sig mere om biomolekyler, fx biokompatibilitet. Hvordan skal man behandle en overflade, som skal indopereres i et menneske? Man skal altså finde ud af, hvordan molekylerne hæfter sig til metal. Og det foregår enten i luft eller i væskefyldte omgivelser.

AH: Og hvorfor ville du ikke kunne lave det apparat?

EL: Det tror jeg godt, at jeg kan. Men vi er så mange nu, og der er så meget materiale, at der begynder at blive for meget reparation. Og hvis man nu kan skaffe pengene, så kan man jo også bare se, hvordan andre har gjort det.

AH: Kan du tage den fra hinanden?

EL: Det vi købte? Nej, det kan jeg ikke skille ad og slet ikke reparere.

AH: Men du har jo trods alt et rigtig godt overblik over udviklingen af disse instrumenter siden 80erne. Jeg går ud fra, at en af de vigtige ting, det er selve computeren, ikke?

EL: Jo, det er det. Men ikke nok med det. Det andet der er vigtigt er den elektronik, som computeren styrer. Den skal være på toppen. Der kan huske, at vores første elektroniktekniker, som vi snakkede om før, kunne rigtigt kæle for tingene. En dag kom han ind til sin arbejdsleder og fortalte, at nu havde han målt en støj på det der svarer til 10-6 af det fuldspændingsområde, som den forsynede. Arbejdslederen svarede så, at det ikke kunne passe, for man kan ikke komme under 10-5. Men det var altså lykkedes ham, at komme under det, der alment blev anset for at være muligt. Og vi har nydt godt af, at vore spændingsforsyninger er støjsvage og ellers arter sig godt. Hvis vi havde skullet købe os til det, ville det have kostet os mange penge. Nu er det fortsat: der er en anden elektroniktekniker, der har lavet en næste generation, eller måske vi skulle kalde det en mellemgeneration. Siden da har vi haft to generationer til, og nu er det blevet mindre og mere økonomiske. Den sidste generation er år 2000, og den næstsidste er nok fem før. Mellemgenerationen er nok fra omkring 1988, da vi begyndte med UHV. Og den første generation er den, hvor vi kørte med indstikskort til computeren for at omsætte fra digital til analog og omvendt. Nu har vi et kabel fra computeren til en specialkasse, der indeholder elektronikken. Den kasse kom vel til allerførst i 1990erne. Det nye i 1995 er at det blev mere modulær. I stedet for at bygge spændingsforsyninger op på printplader, så købte vi simpelthen nogle færdige integrerede kredsløb. Dem købte vi fra et elektronikfirma.

AH: Er der et almindeligt marked for den slags?

EL: Ja.

AH: Kan man sige, at det, der før var software blev til hardware?

EL: Nej, det er det ikke. I gamle dage byggede man alt op på printkortene - diskrete komponenter. De forsyninger vi skulle bruge, det var nogle, der skal kunne give en spænding på omkring +/- 400 volt. Det kunne man ikke købe, da vi begyndte. Pludselig opstod der et marked for kasser, hvor et firma har lavet forstærkerne inde i kassen, sådan at du bare har et par ben ud.
Vi var nødt til at køre med 400 volt til at begynde med, for inchwormen kunne kun køre på 400 volt. I mellemtiden har vi fået noget bedre piezoelektrisk materiale, så nu kan vi nøjes med 200. Det er den allerseneste generation af elektronik.

AH: De generationer vi har snakket om, er elektronikgenerationer?

EL: Ja, men som du var inde på, så afhænger det jo også meget af softwaret. Og det er blevet løbende opdateret. Det er noget af det, der er vores styrke her. Hver gang vi møder et nyt problem, så har vi kunnet modificere vores software i løbet af kort tid. Jeg mener dermed timer. Hvis man derimod har et kompliceret instrument hvor man ikke selv har kildeteksterne til programmet, så kan der gå halve år før man kan få lavet bare en lille smule. Jeg kan nævne et eksempel. For nogen år siden fandt vi ud af, at hvis dyppede tippen ned i prøven og trak den op igen, så observerede vi noget, der kaldes kvantiseret konduktans (2). Det er en ledningsevne, der går i trin der skyldes at den tykkelse man har i den der ledningsstump, den bliver pludselig af atomar størrelse, og så kommer der noget kvantemekanik ind. Det målte vi så på. Vi kunne lynhurtigt få lavet et programmel, så vi kunne stikke tippen ind og trække den ud igen, men så fandt vi ud af en sjov ting: du måler normalt ved meget lave strømme, og det vil du også gerne gøre sålænge du faktisk har den elektriske kontakt. Hvordan kan man så måle en lav modstand, hvis man stadigvæk har en lav strøm? Det kan man gøre, hvis man kan måle spændingen over med en stor nøjagtighed, nede i mikrovolt-området. Vi fandt ud af, at vi måtte have et kredsløb til det, således at vi kunne måle spændingen samtidigt. Normalt måler man jo kun strømmen men sætter spændingen til en fast værdi. Men når man så næsten får kontakt, så har man et spændingsfald over kontakten, der bliver meget lille, fordi der en indgangsimpedans i vores måleforstærker. Det er jo detaljer. Vi gik op på vores elektronikværksted - vi har et udmærket et her - og snakkede med to forskellige mennesker deroppe. Vi sagde, at vi var nødt til at have det i løbet af ugen. Det bestod altså af den der spændingsforstærker, plus en ny analog-digital konverter. Nu skulle vi måle begge dele. Det klarede de på under en uge. Og så kunne vi ellers for alvor gå i gang med kvantiseret konduktans. Vi var blandt de første, der fandt det. Og det er kun muligt, når man har så god en infrastruktur, som vi har her i huset.

AH: Hvem skrev jeres software?

EL: Det var også mig.

AH: Ja, så er det vel forholdsvis nemt at foretage de nødvendige ændringer?

EL: Nu er det ikke længere nemt. Der er 9000 linier.

AH: Hvad har du skrevet det i?

EL: Pascal.

AH: Og nu er det altså blevet så kompliceret, at det er nemmere at købe det?

EL: Nej, det er nu ikke rigtigt. Hvis du tænker på vores UHV instrumenter. Dem laver vi stadig selv. Det vi køber er ovre i en anden boldgade. Jeg ved ikke om det er så sundt, for hvis vi kan købe det, så er der også andre, der kan købe det. Og det arbejde, vi kan lave, det kan andre også.

AH: Det at computere er blevet bedre og hurtigere; har det haft nogen indflydelse?

EL: Ja, det har haft meget stor indflydelse i de sidste 10 år. Vi har hele tiden skullet skifte computere til noget, der er lidt bedre. Der er jo lækkert, at det ikke går den anden vej. Hvis jeg oversætter hele mit program idag, så er det bare at knipse med fingrene. Sådan var det ikke i gamle dage. Når vi skulle vise nogle billeder, så kunne vi sidde i lang tid og diskutere, om vi nu skulle tage et Fouriertransform og se hvordan det så ud, for det tog omkring et minut. Nu er det igen bare at knipse med fingrene. Specielt databehandling er utroligt meget nemmere. Det er ikke fordi skanningprogrammet er blevet så forfærdeligt meget hurtigere, for der er vi bundet af, hvor hurtigt vi kan nå at flytte nålen. Men vi kan godt tage et billede på omkring et sekund. Jeg vil holde på, at så sker der en anden ting: så kan jeg ikke følge med mere inde i hovedet. Hvis billederne ruller ind på mindre end et sekund, så kan jeg personligt ikke følge med mere. Det vi gør, er at vi optager de der film, og dem kan sidde og studere i ro og mag bagefter. Der kan man spole frem og tilbage, hvilket man ikke kan, når man sidder ved instrumentet. Det har folk så udnyttet til at tage utroligt lange sekvenser. Vi havde en tysk post-doc som har taget film, hvis optagetid tog flere døgn, op til 72 timer. Det var hun nødt til, fordi de processer hun studerede skete meget langsomt.

Der er et andet emne med computerne. Vi har haft et problem med at gemme data. Først købte vi en IBM read/write CD (først i 90erne). Der kunne man kun skrive én gang; ligesom med en CD-ROM idag. Den næste generation var en optisk skrivbar disk, der kunne rumme en 600MB, tror jeg det var. De enheder kostede 20.000kr. Det var dyrt. Og nu køber vi bare en CD-brænder. Så er det problem løst. Men vi har fået et nyt problem ved at vi ikke bruger de gamle medier længere, og derfor kan vi ikke læse de gamle data. Jeg håber ikke, at det går sådan med CDerne. Men man ved aldrig. Jeg har flere tusinde meter magnetbånd (til en mainframe) fra 80erne liggende i mit skab, som vi ikke kan læse længere.

AH: Har du også beskæftiget dig med støj i den forstand som Jan Friis Jørgensen har?

EL: Lidt, i en mild form foretager vi også noget billedbehandling. Men det er slet ikke som han gør det. Normalt, når vi har rimeligt gode billeder, behøver vi ikke ret meget billedbehandling, hverken for at måle på dem eller for at præsentere dem.

AH: Når du snakker om en mild form, henviser du så direkte til fjernelse af urenheder, eller hvad?

EL: Nej, hvis vi har sådan noget, så vælger vi bare et andet billede. Det er snarere, at vi nogen gange kan have problemer med vibrationer, fx på vores turbopumper, selvom vi også har muligheder for at undgå det. Vi kan også lave en filtrering i Fourierrummet.

AH: Altså hvis det er periodisk?

EL: Ja.

AH: Og så kan man filtrere det væk.

EL: Ja, og det er det, han (Jan Friis Jørgensen) gør meget i. Men ellers er det mere et spørgsmål om at manipulere det i forvejen. Jeg kan vise dig det på skærmen her. Jeg pusler med at skrive et program, hvor man kan lege lidt med lysstyrken...

AH: Har du skrevet det selv?

EL: Ja, men jeg det er baseret på procedurer, jeg har hentet ude på nettet. Fidusen ved det er, at hvis man zoomer ud og roterer... Så kan man få den til at spille den sekvens jeg lige har foreskrevet. Den kan man lave en version i gif-format på.

AH: Det giver et godt indtryk, for det er som at flyve hen over overfladen. Det kan bruges til fremvisning? Lægger i sådan noget ud?

EL: Ja, der er i hvert fald en af vores studerende, der har sådan noget liggende ude.

AH: Er der noget, jeg burde have spurgt dig om?

EL: Det er jeg ikke sikker på, men du kan jo altid komme tilbage til mig.

AH: Jo, din baggrund!

EL: Jeg er oprindeligt uddannet som radiomekaniker, og så har jeg læst til teknikumingeniør, et år i Odense og resten i Aarhus. Og så blev jeg ansat her i vores elektroniklaboratorium i 1965. Så havde jeg nogen muligheder for at lave de detektorer, vi snakkede om. Jeg endte ovre på fysikdelen, og for et par år siden blev jeg lektor.

AH: Du kom ind ad bagvejen?

EL: Ja, men der er ikke den store forskel på at være ingeniør eller lektor her. Det giver en lille smule mere i pengeposen som lektor. Jeg er opvokset på et autoværksted ude på landet på Fyn. Så først blev jeg udlært som mekaniker da jeg var en 14-15 år. Og så kom jeg i lære som radiomekaniker.

AH: Så det er derfor, du er så god til at lave og bygge ting?

EL: Jeg har altid lavet sådan noget.

Endnotes:

(1) F. Besenbacher et al, "Compact, high-stability, 'thimble-size' scanning tunneling microscope", Rev. Sci. Instrum., 59 (7), July 1988, 1035-1038, p. 1035.

(2) L. Olesen et al, "Metallic Nanowires: Formation and Quantized Conductance", in Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Nanowires, edited by P. A. Serena & N. Garcia, Kluwer, 1997, p. 191; K. Hansen et al, "Quantized Conductance in Relays", Phys. Rev. B., 56 (1997), p. 2208.

Permissions:

  • "Sketch of first STM", by permission of Erik Lægsgaard
  • "Listening to the tunneling current", by permission of Jeppe Vang Lauritsen
This page was written by Arne Hessenbruch and last updated on 19 July 2001.