Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Transmissionselektronenmikroskopie: Erstmals Informationen zur Elektronenverteilung nachgewiesen

19.01.2011
In den letzten fünf Jahren hat die sogenannte Aberrationskorrektur die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) revolutioniert.

Mit Hilfe dieser neuen Gerätetechnik sind Forscher nun in der Lage, Atompositionen im Pikometerbereich genau zu bestimmen. Jetzt verbuchen Wissenschaftler der Universität Ulm und ihre Kooperationspartner einen weiteren Erfolg: Erstmals konnten sie experimentell nachweisen, dass die Details im Bildkontrast hochauflösender Elektronenmikroskopie-Abbildungen nicht nur strukturelle Informationen, also die Positionen der Atome, sondern auch Informationen über die lokale Verteilung der Elektronen enthalten.


Die Verschiebung der Ladungsdichteverteilung aufgrund eines Stickstoff-Substitutionsdefekts im Graphen (rot: Ladungserhöhung, blau: Ladungserniedrigung). Diese Neuverteilung tritt immer um ein einzelnes ersetztes Atom in einem Festkörper auf und wurde erstmals experimentell im Hochauflösungsbild im Transmissionselektronenmikroskop nachgewiesen


Professorin Ute Kaiser von der Zentralen Einrichtung Elektronenmikroskopie an der Universität Ulm

Abbildungen: Uni Ulm

Neben neuen Wegen in der Elektronenmikroskopie und Datenanalyse waren dazu auch die Präparation von atomar genau definierten Proben sowie die Verwendung von niedrigeren Strahlenenergien notwendig. Nur so kann eine Schädigung der Probe im Elektronenstrahl vermieden werden. Diese Forschungsarbeiten sind eingebettet in das Ulmer Großprojekt SALVE (Sub-Angström Low-Voltage Electron Micorscopy), in dessen Rahmen neue Methoden und Gerätetechnik für atomare Abbildungen bei niedrigen Spannungen entwickelt werden sowie in den Sonderforschungsbereich 569 (SFB 569)

„Hierarchische Strukturbildung und Funktion Organisch-Anorganischer Nanosysteme". SALVE wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Baden-Württemberg gefördert, der SFB 569 durch die DFG. Partner im SALVE-Projekt sind die baden-württembergischen Firmen Carl Zeiss AG und die Corrected Electron Optical Systems GmbH (CEOS).

Mit dem neuen Ansatz untersuchen die Wissenschaftler zweidimensionale Materialen von aktuellster technologischer Relevanz: Zum einen das mit Stickstoff dotierte zweidimensionale Material Graphen, eine Monolage von Kohlenstoffatomen, dessen Entdeckung kürzlich mit dem Nobel-Preis geadelt wurde, und zum anderen das neue zweidimensionale Material Bornitrid.

Für das dotierte Graphen kann die Ladungsverschiebung in den Nachbaratomen der Stickstoffdotierung experimentell überprüft werden. Das Verständnis der elektronischen Struktur von Defekten ist dabei eine wichtige Voraussetzung für die weitere Funktionalisierung dieses Materials.

Dank des neuen Ansatzes kann in der Bornitrid-Monolage die partiell ionische Natur der Bornitrid-Verbindung überprüft werden. Die Forschungsarbeit zeigt außerdem, dass für TEM-Messungen mit hoher Präzision neue Methoden zur Bildberechnung und -analyse notwendig sind, die die Verteilung der Valenzelektronen in den chemischen Bindungen mitberücksichtigen.

Der Artikel „Experimental analysis of charge redistribution due to chemical bonding by High Resolution Transmission Electron Microscopy” ist in der Fachzeitschrift Nature Materials erschienen. An der Universität Ulm sind Prof. Ute Kaiser, Prof. Jannik Meyer (jetzt Universität Wien), Simon Kurasch, Dr. Andrey Chuvilin (jetzt CIC nanoGUNE Consolider) und Gerardo Algara-Siller (zudem TU Ilmenau) von der Zentralen Einrichtung Elektronenmikroskopie sowie Prof. Axel Groß und Daniela Künzel, Institut für Theoretische Chemie, an dem Forschungsprojekt beteiligt. Kooperationspartner ist das Stuttgarter Max-Planck-Institut für Festkörperforschung mit Dr. Hye Jin Park, Prof. Viera Skakalova, Dr. Siegmar Roth (zudem Korea University), Dr. Takayuki Iwasaki sowie PD Dr. Ulrich Starke und Dr. Jurgen Smet.

„Experimental analysis of charge redistribution due to chemical bonding by High Resolution Transmission Electron Microscopy” von J.C. Meyer, S. Kurasch, H.-J. Park, V. Skakalova, D. Künzel, A. Groß, A. Chuvilin, G. Algara-Siller, S. Roth, T. Iwasaki, U. Starke, Jürgen H. Smet, and U. Kaiser Nature Materials 2011 doi: doi:10.1038/nmat2941

Weitere Informationen: Prof. Dr. Ute Kaiser, Tel.: 0731 50-22950

Willi Baur | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-ulm.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation
13.12.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Einmal durchleuchtet – dreifacher Informationsgewinn
11.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rest-Spannung trotz Megabeben

13.12.2017 | Geowissenschaften

Computermodell weist den Weg zu effektiven Kombinationstherapien bei Darmkrebs

13.12.2017 | Medizin Gesundheit

Winzige Weltenbummler: In Arktis und Antarktis leben die gleichen Bakterien

13.12.2017 | Geowissenschaften