Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sauerstoffatome im Elektronenmikroskop direkt sichtbar gemacht

07.02.2003


Scharfe Einblicke in Keramiken und Supraleiter


Strontiumtitanat (chemische Formel SrTiO3) im Elektronenmikroskop: Die Struktur (a, Sr = Strontium, Ti = Titan, O = Sauerstoff) ist mit einem "klassischen" Elektronenmikroskop (b) und im Vergleich dazu mit dem korrigierten Mikroskop (c) in einer Simulation abgebildet: Während vorher nur die schweren Strontiumatome erkennbar waren (b), sind jetzt auch die leichteren Sauerstoffatome direkt sichtbar (c). Auch Sauerstoffleerstellen können die Wissenschaftler erkennen (d).
Abbildung: Forschungszentrum Jülich


Ein silberfarbenes Teilstück im unteren Drittel des Elektronenmikroskops verrät den Prototypen mit der korrigierten Optik.
Foto: Forschungszentrum Jülich



Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben mit einem Elektronenmikroskop einzelne Sauerstoffatome in einer bestimmten Klasse von Materialien, den Perowskiten, direkt sichtbar gemacht. Ihr Erfolgsrezept: Sie haben eine Technik entwickelt, um die im Mikroskop unvermeidlichen Abbildungsfehler zu korrigieren. Diese Fehler führen in kommerziellen Geräten zwangsläufig zu verschwommenen Bildern, die keine einzelnen Sauerstoffatome mehr erkennen lassen. Die Ergebnisse der Jülicher Wissenschaftler sind in der neuesten Ausgabe der renommierten Zeitschrift "Science" veröffentlicht (Science, 7. Februar 2003).



Keramische Materialien auf der Basis von Oxiden mit Perowskitstruktur - zu ihnen gehören Barium- oder Strontiumtitanat - spielen eine große Rolle in der modernen Elektronik. Ihre Anwendung ist bereits heute weit verbreitet, zum Beispiel als Chip in Telefon- oder Geldkarten. Perowskite sind auch das Basismaterial für Hochtemperatursupraleiter und werden zukünftig zunehmend in der Mikroelektronik benötigt. Dort werden sie in dünnsten Schichten von nur einigen zehn bis einigen hundert Atomlagen eingesetzt. Eines der wichtigsten Probleme auf dem Weg dorthin ist die korrekte Einstellung des Sauerstoffgehaltes dieser Oxide, der dann über die große Zahl von Prozessschritten bei der Bauelementherstellung beibehalten werden muss. "Der Sauerstoffgehalt bestimmt kritisch die elektrischen Eigenschaften der perowskitischen Oxide", erläutert Prof. Knut Urban vom Jülicher Institut für Festkörperforschung das Problem. "Da bereits das Fehlen weniger Sauerstoffatome in den elektrisch aktiven Zonen der dünnen Schichten deren Funktion ernsthaft beeinträchtigt, müssen diese mit quasi-atomarer Präzision hergestellt werden."

Mit der Durchstrahlungselektronenmikroskopie lässt sich prinzipiell kontrollieren, ob diese atomare Präzision tatsächlich gegeben ist. Daher bemühen sich die Forscher seit Ende der Achtzigerjahre, die Sauerstoffatome im Mikroskop direkt sichtbar zu machen - bislang aber ohne Erfolg. Dabei ist das Grundprinzip der Elektronenmikroskopie einfach: Ein Elektronenstrahl durchdringt eine dünne Probe. Die austretenden Elektronen werden durch ein elektromagnetisches Linsensystem geführt und von diesem zu einem stark vergrößerten Bild zusammengestellt. Doch verschiedene Ursachen führen zu verzerrten Bildern, die keine einzelnen Sauerstoffatome mehr erkennen lassen.

Der Gruppe um Knut Urban ist hier nun ein Durchbruch gelungen: Die Wissenschaftler arbeiten mit dem bislang weltweit einzigen so genannten "aberrationskorrigierten" Transmissionselektronenmikroskop. Das Problem der "sphärischen Aberration" tritt bei Licht- wie bei Elektronenmikroskopen gleichermaßen auf: Licht- bzw. Elektronenstrahlen, die die Linsen des Mikroskops nahe dem Rand passieren, werden zu stark abgelenkt - das Bild verschwimmt. Doch mit speziell geformten magnetischen Linsen können die Forscher diesen bisher unvermeidlichen Abbildungsfehler korrigieren. Sie haben dem Elektronenmikroskop - bildlich gesprochen - eine Brille verordnet und so dessen Blick geschärft. Dieser Schritt erweist sich nun als außerordentlich erfolgreich: Er erlaubt nicht nur, erstmals den Sauerstoff atomar abzubilden, sondern man kann damit sogar den Sauerstoffgehalt in atomaren Dimensionen quantitativ messen. Ihre wegweisenden Ergebnisse haben Prof. Knut Urban und seine Mitarbeiter, der Mikroskopiespezialist Dr. Markus Lentzen und der Materialforscher Dr. Chun Lin Jia, in der neuesten Ausgabe von "Science" veröffentlicht.

Die neuartige Korrekturtechnik haben die Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich zusammen mit Kollegen vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg und von der Technischen Universität Darmstadt in den Neunzigerjahren entwickelt - und damit den Prototyp einer völlig neuen Generation von Mikroskopen geschaffen: So werden im Laufe dieses Jahres weltweit die ersten kommerziellen aberrationskorrigierten Elektronenmikroskope ausgeliefert. Knut Urban ist überzeugt: "Dieses Verfahren wird auf vielen Gebieten der Materialforschung die klassische Art der hochauflösenden Elektronenmikroskopie ablösen."

Informationen:
Dr. Renée Dillinger, Wissenschaftsjournalistin
Forschungszentrum Jülich, 52425 Jülich
Tel. 02461 61-4771, Fax 02461 61-4666, E-Mail: r.dillinger@fz-juelich.de

Mechthild Hexamer, Leiterin Öffentlichkeitsarbeit, Pressesprecherin
Tel. 02461 61-4661, Fax 02461 61-4666, E-Mail: m.hexamer@fz-juelich.de


Peter Schäfer | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/portal/angebote/pressemitteilungen

Weitere Berichte zu: Elektronenmikroskop Oxide Sauerstoffatom Sauerstoffgehalt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik