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 Mit Diamant und Laser kleinste Magnetfelder im Gehirn messen // Quantensensorik am Fraunhofer IAF
25.09.2018 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF

nachricht Mögliche Heimatsterne für das interstellare Objekt 'Oumuamua'
25.09.2018 | Max-Planck-Institut für 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: Kupfer-Aluminium-Superatom

Äußerlich sieht der Cluster aus 55 Kupfer- und Aluminiumatomen aus wie ein Kristall, chemisch hat er jedoch die Eigenschaften eines Atoms. Das hetero-metallische Superatom, das Chemikerinnen und Chemiker der Technischen Universität München (TUM) hergestellt haben, schafft die Voraussetzung für die Entwicklung neuer, kostengünstiger Katalysatoren.

Chemie kann teuer sein. Zum Reinigen von Abgasen beispielsweise benutzt man Platin. Das Edelmetall dient als Katalysator, der chemische Reaktionen...

Im Focus: Hygiene im Handumdrehen – mit neuem Netzwerk „CleanHand“

Das Fraunhofer FEP beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit der Entwicklung von Prozessen und Anlagen zur Reinigung, Sterilisation und Oberflächenmodifizierung. Zur Bündelung der Kompetenzen vieler Partner wurde im Mai 2018 das Netzwerk „CleanHand“ zur Entwicklung von Systemen und Technologien für saubere Oberflächen, Materialien und Gegenstände ins Leben gerufen. Als Partner von „CleanHand“ präsentiert das Fraunhofer FEP im Rahmen der Messe parts2clean, vom 23.-25. Oktober 2018, in Stuttgart, am Stand der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik (Halle 5, Stand C31), das Netzwerk sowie aktuelle Forschungsschwerpunkte des Institutes im Bereich Hygiene und Reinigung.

Besonders um die Hauptreisezeiten gehen vermehrt Testberichte und Studien über die Reinheit von europäischen Raststätten, Hotelbetten und Freibädern durch die...

Im Focus: Hygiene at your fingertips with the new CleanHand Network

The Fraunhofer FEP has been involved in developing processes and equipment for cleaning, sterilization, and surface modification for decades. The CleanHand Network for development of systems and technologies to clean surfaces, materials, and objects was established in May 2018 to bundle the expertise of many partnering organizations. As a partner in the CleanHand Network, Fraunhofer FEP will present the Network and current research topics of the Institute in the field of hygiene and cleaning at the parts2clean trade fair, October 23-25, 2018 in Stuttgart, at the booth of the Fraunhofer Cleaning Technology Alliance (Hall 5, Booth C31).

Test reports and studies on the cleanliness of European motorway rest areas, hotel beds, and outdoor pools increasingly appear in the press, especially during...

Im Focus: Neue Therapien bei Gefäßerkrankungen

Auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Angiologie (DGA) vom 12. bis 15. September in Münster stellten Gefäßspezialisten aus ganz Deutschland die neuesten Therapien bei Gefäßerkrankungen vor. Vor allem in den Bereichen periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK) und venöse Verschlusskrankheiten wie die Tiefe Venenthrombose (TVT) gibt gute Neuigkeiten für die Patienten. Viele der 720 Gefäßspezialisten, die an der Jahrestagung teilnahmen, stellten neueste Studienergebnisse vor.

Millionen Menschen leiden in Deutschland unter Gefäßerkrankungen, allein rund fünf Millionen unter der „Schaufensterkrankheit“, medizinisch periphere...

Im Focus: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fachkonferenz "Automatisiertes und autonomes Fahren"

25.09.2018 | Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bisher unbekannter Mechanismus der Blut-Hirn-Schranke entdeckt

25.09.2018 | Biowissenschaften Chemie

Suche nach Grundwasser im Ozean - Neues deutsch-maltesisches Forschungsprojekt gestartet

25.09.2018 | Geowissenschaften

Auf dem Weg zur Prothese der Zukunft

25.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics