Erste Messung elektrischer Felder zwischen zwei Atomen – Wichtiger Schritt für die Nanotechnologie
Kristallstruktur eines Galliumnitrid-Kristalls (GaN, Atompositionen weiß, groß: Ga, klein: N) mit Elektronenstrahl (rot). Der Kernbereich des Strahls ist kleiner als die interatomaren Abstände. Bildnachweis: Vincent Galiot, Universität Regensburg
Für ihre Experimente griffen die Forscher auf Strontiumtitanat (SrTiO3) zurück, das aufgrund seines hohen Brechungsindex für optische Bauelemente verwendet wird. Der Durchmesser des Elektronenstrahls des Hochleistungs-Elektronenmikroskops war mit etwa 50 pm (Pikometer) drei- bis viermal kleiner als der Abstand zwischen den einzelnen Atomen in der Kristallstruktur von Strontiumtitanat.
Der Strahl konnte daher dazu genutzt werden, um den Raum zwischen den Atomen abzutasten. Dort existierende elektrische Felder – mit verantwortlich für die Bindung der Atome untereinander – beeinflussen den Elektronenstrahl. Mit Hilfe eines quantenphysikalischen Ansatzes gelang die Rekonstruktion der interatomaren Felder.
Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten der Materialcharakterisierung auf atomarer Ebene. Von großer Bedeutung ist dies für den Bereich der Nanotechnologie, in dem besondere physikalische Eigenschaften schon allein durch Bearbeitung oder Manipulation von einer oder wenigen Atomlagen erzeugt werden können.
Titel der Original-Publikation:
Knut Müller, Florian F. Krause, Armand Béché, Marco Schowalter, Vincent Galioit, Stefan Löffler, Johan Verbeeck, Josef Zweck, Peter Schattschneider, Andreas Rosenauer (2014): Atomic electric fields revealed by a quantum mechanical approach to electron picodiffraction, in Nature Communications 5, Article number: 5653
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