Kalender 2020-21

2020 / 21 Institut fĂźr Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik Zentrum fĂźr Elektronenmikroskopie Graz

2020

Jänner

2021

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2020

Februar

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2020

März

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2020

April

2021

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2020

Mai

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Juni

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Juli

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August

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2020

September

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Oktober

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November

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2020

Dezember

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Rastertransmissionselektronenmikroskopie mit atomarer Auflösung

Indium-Atomreihen in einem Zinkoxid-Nanodraht (HAADF) Bildbreite: 28 Nanometer

Quasikristall-Präzipitat in einer Aluminiumlegierung (HAADF) Bildbreite: 20 Nanometer

Lanthan-Atomreihen in LanthanAluminiumoxid Kristall (HAADF) Bildbreite: 9 Nanometer

Kristallstruktur von Aquamarin (Beryll) (HAADF) Bildbreite: 10 Nanometer

Velimir Radmilović & Werner Grogger

Christian Gspan

Gerald Kothleitner

Christian Gspan

Präzipitate in einer Silber-dotierten Aluminiumlegierung (HAADF) Bildbreite: 46 Nanometer

Versetzungen in einem LanthanBarium-Ferrat Kristall (HAADF) Bildbreite: 64 Nanometer

Kristalldefekt in einer SiliziumGermanium Grenzfläche (HAADF) Bildbreite: 16 Nanometer

Präzipitat in einer Aluminiumlegierung (HAADF) Bildbreite: 11 Nanometer

Mihaela Albu

Judith Lammer

Franz Schmidt

Christian Gspan

Blei-Atomreihe in einem SpinellKristall (HAADF) Bildbreite: 16 Nanometer

Kristallstruktur von PraseodymSilikat (HAADF) Bildbreite: 7 Nanometer

Kristallstruktur von LanthanBarium-Ferrat Kristall (iDPC) Bildbreite: 8 Nanometer

Präzipitate in einer Silber-dotierten Aluminiumlegierung (HAADF) Bildbreite: 32 Nanometer

Christian Gspan

Christian Gspan

Georg Haberfehlner & Judith Lammer

Mihaela Albu

Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz Verein zur Förderung der Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung

Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik Technische Universität Graz

Kontakt:

Steyrergasse 17/3 A-8010 Graz Tel.: +43 316 873-8320 Fax: +43 316 873-8822 e-mail: office@felmi-zfe.at www.felmi-zfe.at

Mit dem Hochauflösungselektronenmikroskop ASTEM („Austrian Scanning Transmission Electron Microscope“) verfügt das Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz (ZFE) gemeinsam mit dem Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik (FELMI) an der TU Graz über eines der leistungsfähigsten Elektronenmikroskope weltweit.

Das atomar auflösende ASTEM, Österreichs leistungsfähigstes Rastertransmissionselektronenmikroskop, wird nicht nur für akademische Grundlagenforschung in Kooperation mit Universitätsinstituten, sondern vor allem auch für anwendungsnahe Forschungsprojekte mit der heimischen Wirtschaft eingesetzt. Hierbei geht es in erster Linie darum, neu entwickelte Werkstoffe zu verbessern, elektronische Bauelemente zu perfektionieren oder interessante physikalische Phänomene mit höchster Auflösung zu studieren.

ASTEM Titan 60-300 (FEI) Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM), 60-300 kV, X-FEG mit Monochromator, Cs-Strahlkorrektor (DCOR), HAADF-, ABF- und DPC-Detektoren, Super-X Röntgendetektor, Abbildendes Energiefilter Quantum ERS (Gatan), DED-Kamera K2 (Gatan) und Probenhalter für Tomographie, sowie zum Heizen und Kühlen von Proben.

Die Proben wurden von den folgenden Kooperationspartnern zur Verfügung gestellt:

Jänner: Velimir Radmilović (Universität Belgrad, Serbien); Februar: Franc Zupanič (Universität Maribor, Slowenien); März: Helen Chan (Lehigh University, USA); Mai und Dezember: Elisabetta Gariboldi (Politecnico Milano, Italien); Juni: Edith Bucher (Universität Leoben); September: Aleksander Rečnik (Josef-Stefan-Institut, Ljubljana, Slowenien); November: Christian Berger (Universität Leoben).

Das ASTEM ermöglicht die Untersuchung derartiger nanoskaliger Materialien, Werkstoffe und Bauelemente – einschließlich ihrer kristallinen Struktur und chemisch-physikalischen Eigenschaften. Dazu werden im Mikroskop Elektronen auf bis zu 300.000 Volt beschleunigt, um dünne Proben, mit nur einigen zehn Nanometern Dicke, zu durchstrahlen (1 Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter). Die perfekt korrigierte Elektronenoptik des Mikroskops erzeugt einen sehr feinen Elektronenstrahl mit einem Durchmesser von nur ca. 0,07 Nanometern, der zeilenförmig über die Probe geführt wird. Aufgrund dieser Feinheit können Strukturdetails dargestellt werden, die der Größe eines halben Atomdurchmessers entsprechen. Das ist ein Millionen Mal kleiner als man mit bloßem Auge sehen kann.

Beim Passieren der Probe wird ein Teil der Elektronen durch die Atome abgelenkt und das resultierende Streusignal mit Hilfe spezieller Detektoren gemessen; diese resultierenden Bilder schmücken das Kalendarium 2020 / 21. In den Bildern betrachten wir die Kristalle entlang hochsymmetrischer Richtungen, und die hellen Punkte und Scheibchen zeigen exakt die Positionen der Atome im Kristallgitter. Technisch gesehen, ergeben die in große Winkel gestreuten Elektronen sogenannten Dunkelfeldkontrast, registriert man hingegen Streuwinkelunterschiede erhält man differentiellen Phasenkontrast. Das Vorhandensein schwerer Atome wird im Dunkelfeld durch hellere Punkte angezeigt (z.B. im Jänner Bild hellere Indium- und dunklere Zink-Atomsäulen), während mit differentiellen Phasenkontrast nicht nur die schweren Elemente, sondern auch die leichten Elemente wie Sauerstoff gut detektiert werden können (siehe November Bild).

Die Bilder dieses Kalenders sind eine Auslese spektakulärer Einblicke in die atomare Struktur von Festkörpern, die mit dem ASTEM seit 2012 erzielt werden konnten. Sie belegen eindrucksvoll den breiten Einsatzbereich der hochauflösenden Elektronenmikroskopie in Wissenschaft und Technologie.

Ermöglicht wurde die Anschaffung des Gerätes und die Entwicklung der für den Betrieb notwendigen wissenschaftlichen Kompetenzen durch mehrere Forschungsförderungsprojekte der FFG (Programme COIN und Collective Research), den Rahmenprogrammen RP7 und Horizon 2020 der Europäischen Union, der Austrian Cooperative Research (ACR), dem Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort, der Technischen Universität Graz und der Steiermärkischen Landesregierung (Zukunftsfonds).