Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Labortechnik> Mikroskopie>

Pikometer-Mikroskop - Hochpräzise Messung elektrischer Felder

Pikometer-MikroskopHochpräzise Messung elektrischer Felder

Moderne Elektronenmikroskope können nicht nur Atome sichtbar machen, sondern sogar das elektrische Feld dazwischen hochauflösend vermessen. Eine neue Methode soll nun helfen, atomare Strukturen besser zu verstehen.

sep
sep
sep
sep
Elektronenstrahl

„Die Fortschritte in der Elektronenmikroskopie waren in den letzten Jahren enorm“, sagt Prof. Peter Schattschneider (TU Wien). Es ist heute nicht nur möglich, einzelne Atome abzubilden, man kann mit fokussierten Elektronenstrahlen sogar subatomare Auflösung erreichen. In einer deutsch-österreichisch-belgischen Kooperation wurde nun eine „Picodiffraktions-Methode“ entwickelt, mit der sich die elektrischen Felder zwischen den Atomen Punkt für Punkt messen lassen. Die Methode wurde nun im Journal „Nature Communications“ vorgestellt.

Elektrische Felder verbiegen den Elektronenstrahl
Mittlerweile kann man Elektronenstrahlen auf Bereiche von etwa 50 pm fokussieren – das ist ein Bruchteil des Abstandes zwischen zwei benachbarten Atomen in einem Kristall. Ein Pikometer ist ein Billionstel eines Meters (10-12 m). Mit einem derart präzise fokussierten Strahl lässt sich ein Material Punkt für Punkt abrastern. Das elektrische Feld, das zwischen den Atomen herrscht, beeinflusst den Pfad der Elektronen.

Anzeige

„Zunächst erwartete man, dass die Elektronen durch das elektrische Feld einfach abgelenkt und die Messpunkte dadurch verschoben werden“, sagt Stefan Löffler (TU Wien). „Doch ganz so einfach ist das nicht.“ Zwischen den Atomen ändert sich das elektrische Feld auf minimalen Distanzen sehr stark. Durch diese extreme Ungleichförmigkeit des Feldes wird der Elektronenstrahl nicht nur abgelenkt, wie das mit dem Elektronenstrahl in einem Röhrenmonitor geschieht, sondern auf kompliziertere Weise gestört.

Die experimentellen Untersuchungen wurden in Antwerpen (Belgien) durchgeführt. Der Elektronenstrahl wurde auf verschiedene Stellen eines Strontiumtitanat-Kristalls geschossen. Der Strahl durchdrang den Kristall und wurde auf der anderen Seite von einem Detektor aufgezeichnet.

Aus dem Elektronenbild das elektrische Feld berechnen
Ohne Kristall würde man auf dem Detektor eine gleichmäßige runde Scheibe sehen, doch durch das lokale elektrische Feld im Kristall entsteht  ein kompliziertes Muster in der Scheibe. Stefan Löffler und Prof. Peter Schattschneider von der TU Wien entwickelten gemeinsam mit den deutschen Kollegen eine Methode, aus diesem veränderten Muster an jeder Stelle das lokale elektrische Feld im Kristall zu berechnen.

„Entscheidend dabei ist, die Elektronen quantenmechanisch zu betrachten, und sie nicht nur als klassische Teilchen zu sehen, die sich auf einem bestimmten geradlinigen Pfad bewegen“, erklärt Peter Schattschneider. „Das Elektron muss man als Quantenwelle betrachten, doch sein Schwerpunkt bewegt sich wie ein klassisches Teilchen – und genau das können wir uns mathematisch zu Nutze machen.“

Die neue Methode soll nun helfen, besondere Materialien besser zu verstehen. Kennt man das elektrische Feld zwischen den Atomen, kann man daraus auch auf die Verteilung der elektrischen Ladung und auf den in der Chemie so wichtigen „Ladungstransfer“ schließen. „Für die Arbeit an Ferroelektrika oder anderen wichtigen Materialien könne diese Methode eine große Hilfe sein“, sind Schattschneider und Löffler zuversichtlich.

Originalpublikation: http://www.nature.com/ncomms/2014/141215/ncomms6653/full/ncomms6653.html

Rückfragehinweise:
Prof. Peter Schattschneider
Institut für Festkörperphysik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8, 1040 Wien
peter.schattschneider@tuwien.ac.at

Dr. Stefan Löffler
Service-Einrichtung für Transmissions-Elektronenmikroskopie (USTEM)
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8, 1040 Wien
stefan.loeffler@tuwien.ac.at

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Mikroskop alpha300 Ri von Witec

Analytica 2018 – Halle A2, Stand 402Witec präsentiert neues invertiertes konfokales Raman-Mikroskop

Die innovative und leistungsstarke 3D-Raman-Imaging-Technologie von Witec ist jetzt in dem invertierten Mikroskop alpha300 Ri erhältlich.

…mehr
Mikroskopaufnahme von Staphylococcus aureus

BiohysikBeharrliche Winzlinge: Wie krankmachende Bakterien mit Proteinen an den Zielmolekülen ihres Wirtes "kleben"

LMU-Forscher haben den physikalischen Mechanismus entschlüsselt, mit dem sich ein weit verbreiteter Krankheitserreger an sein Zielmolekül im menschlichen Körper bindet. Damit legt die Studie Grundlagen z.B. für die Entwicklung neuartiger Therapien bei Infektionen mit Staphylokokken. 

…mehr
Mikroskopische Aufnahme einer Zelle mit Mitochondrien, Tubulin und Aktin

Wissenschaftliche MikroskopieNachweisgrenze der konfokalen Bildgebung neu definiert

Leica Microsystems stellt mit Lightning ein neues Detektionskonzept für die wissenschaftliche Bildgebung vor. Das TCS SP8 mit neuem "Lightning" extrahiert die maximale Informationen aus jeder Probe.

…mehr
atomaren Beugungsbilder

Sichtbare ElektronenbewegungGeschehnisse im Atom in Echtzeit beobachten

LMU-Physiker haben eine Art Elektronenmikroskop entwickelt, das die Ausbreitung von Licht durch Raum und Zeit sowie die dadurch ausgelösten Bewegungen von Elektronen in Atomen sichtbar macht.

…mehr
Darmkrebszellen

MultiphotonenmikroskopieTiefe Einsichten ins Leben

Das Multiphotonenmikroskop SP8 DIVE (Deep In Vivo Explorer) enthält einige Neuentwicklungen für nichtlineare Mikroskopie, mit denen insbesondere die spektrale Auswahl bei Mehrfach-Färbungen wesentlich einfacher und effizienter gelingt.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung