Forschungsgruppe für Advanced Micro- and Nanostructure Characterization (AMNC)
Die Forschungsgruppe für Advanced Micro- and Nanostructure Characterization (AMNC) am Department Werkstoffwissenschaft widmet sich der Entschlüsselung der Geheimnisse, die in den kleinsten Bausteinen der Materie verborgen sind. Unsere Mission ist es, wegweisende Techniken zu entwickeln, die vom Mikroskopischen bis zum atomaren Maßstab reichen und es uns ermöglichen, tiefer in das Herz von Materialien zu blicken als je zuvor.
Unser Hauptaugenmerk liegt auf der Etablierung und Weiterentwicklung von korrelativen hochauflösenden Charakterisierungstechniken, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Atomsondentomographie (APT) liegt. Die ergänzende Anwendung fortgeschrittener bildgebender Verfahren, einschließlich Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), sowie die Nutzung verwandter analytischer Techniken wie der Elektronenrückstreubeugung (EBSD) oder der transmissions Kikuchi-Beugung (TKD) sowie die energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS) liefern entscheidende Erkenntnisse zur elementaren Zusammensetzung, zur Phasenidentifikation und zur Kornorientierung von Materialien. Mit dem einzigartigen Portfolio modernster Charakterisierungstechniken an unserem Department erforschen wir Dünnschichten, Nanopartikel, Grenzflächen, Defekte und Dotierstoffverteilungen und treiben Innovationen in der Materialwissenschaft und -technik voran.
Als Kooperationspartner und Lehrende begrüßen wir Partnerschaften mit Kollegen und Institutionen und fördern einen Wissensaustausch in der Gemeinschaft. Unser Engagement, die Grenzen des Möglichen in der Charakterisierung von Mikro- und Nanostrukturen zu erweitern, treibt uns dazu an, ständig zu innovieren und sicherzustellen, dass wir an vorderster Front dieses spannenden Feldes bleiben.
Schließen Sie sich unserer Suche an, die verborgene Welt der Atome und Nanostrukturen zu enthüllen, während wir den Weg für transformative Durchbrüche in Wissenschaft und Technik ebnen.
Einblicke in die Mikrostruktur und Elementverteilung im Nanometermaßstab enthüllt durch die kombinierte Anwendung von TEM und APT (von links nach rechts): chemische Schwankungen in einem nanolayer Dünnschichtfilm, Korngrenzensegregationen in einer graduierten Hartstoffbeschichtung und Nanocluster, die durch spinodale Entmischung in einer wärmebehandelten Hartstoffbeschichtung entstehen.
Atomsonden-Tomographie Team
Für die Entwicklung neuer Werkstoffe bzw. die Verbesserung bereits bestehender Werkstoffe ist der Zusammenhang der physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften mit der Mikrostruktur des Werkstoffs von großem Interesse. Das Material muss von der Herstellung bis zum Einsatz verstanden werden, von der atomaren bis zur Makroebene. Die Atomsonden-Tomographie (APT) ist in vielen Forschungsbereichen nicht mehr wegzudenken, wenn es um die lokale chemische Analyse auf atomarer Ebene geht.
Die Forschungsgebiete des Departments Werkstoffwissenschaft reichen von der Analyse von mehrphasigen Strukturmaterialien bis hin zur Charakterisierung multifunktionalen dünner Schichten. Das APT-Team steht für alle Anfragen zu APT-Messungen zur Verfügung und bietet Unterstützung bei der Durchführung möglicher Forschungsarbeiten, sowohl im Rahmen von Kooperationsprojekten als auch für Auftragsforschung.
Das APT-Team betreut und betreibt zwei Atomsonden. Für die gewünschten Untersuchungen stehen eine Atomsonde vom Typ LEAP 5000 XR, sowie ein LEAP 3000X HR von Cameca Inc. zur Verfügung.
Das Funktionsprinzip beider Mikroskope basiert auf dem Aufbau einer Lokalelektroden-Atomsonde (LEAP): Die Atome einer sehr scharfen Spitze (< 50 nm Spitzenradius) werden durch einen Hochspannungspuls oder einen Wärmepuls (über Laser) feldverdampft. Die Atome werden ionisiert und Schicht für Schicht evaporiert und im elektrischen Feld (5-15 kV) zwischen Spitze und Lokalelektrode in Richtung eines positionsempfindlichen Detektors beschleunigt. Der Detektor zeichnet gleichzeitig die Flugzeit und die Positionen der ankommenden Ionen auf und ermöglicht so eine 3D-Rekonstruktion der abgetragenen Spitze mit Informationen über die chemische Struktur des Materials anhand des erhaltenen Massenspektrums.
Einige Anwendungen der APT sind:
- Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung verschiedener Ausscheidungen/Phasen im Nanometer-/ atomaren Bereich
- Untersuchung von Grenzflächen
- multifunktionale dünne Schichten
- Berechnung von Volumen- und Phasenanteilen
- Morphologie von Ausscheidungen
- Bestimmung von Diffusionskoeffizienten zwischen Phasen
