Helium Ionen Mikroskop
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Helium Ionen Mikroskop hat sich fakultätsübergreifend an unserer Universität als ein äußerst wichtiges und vielseitiges Werkzeug für die Untersuchung und Modifikation von nanoskaligen Systemen etabliert. In einer Vielzahl an wissenschaftlichen Arbeiten innerhalb der Arbeitsgruppe „Physik supramolekularer Systeme und Oberflächen“ (A. Gölzhäuser), in Kooperationen mit anderen Arbeitsgruppen aus den Fakultäten der Physik, Chemie und Biologie sowie Gruppen anderer Universitäten und Forschungseinrichtungen ist dieses Gerät von entscheidender Bedeutung. Ein zentraler Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe „Physik supramolekularer Systeme und Oberfläche“ besteht in der Erzeugung und Untersuchung von zweidimensionalen Systemen: Carbon Nanomembranes (CNMs) und Graphen, welche sich durch molekulare Selbstorganisation bilden. Für die Charakterisierung solcher ultradünner Systeme ist das Helium Ionen Mikroskop besonders gut geeignet, da es über eine besonders hohe Oberflächenempfindlichkeit, einen sehr hohen Bildkontrast und die Möglichkeit zur Kompensation von Aufladungen verfügt. Damit kann die strukturelle Homogenität solcher Systeme sowohl im makroskopischen Bereich als auch auf kleineren Längenskalen von bis zu ein bis zwei Nanometer bestimmt werden. Daher wurde in allen wissenschaftlichen Arbeiten zu CNMs und Graphen eine Charakterisierung mittels Helium Ionen Mikroskopie durchgeführt, insbesondere bei der Synthese von CNMs und Graphen aus neuen Molekülen, CNMs und Graphen als Objektträger in der Elektronenmikroskopie, CNMs für Permeationsmessungen, CNMs und Graphen für Nanomikrophone sowie für Untersuchungen zu mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Die Erzeugung und Charakterisierung von Nanostrukturen, insbesondere in CNMs und Graphen, ist ein weiterer wichtiger Bereich in dem die besonderen Stärken des Helium Ionen Mikroskops zum Tragen kommen. Ein Beispiel dazu ist die Charakterisierung von CNMs mit Nanoporen, welche durch Bestrahlung mit hochgeladenen Ionen erzeugt wurden. Diese Arbeit erfolgte in Kooperation mit einer Wiener (F. Aumayr) und Dresdener (S. Facsko) Arbeitsgruppe. Ein weiteres Beispiel ist die Charakterisierung von mittels extrem-ultraviolett Interferenz-Lithographie strukturierten CNMs, welche in Kooperation mit einer Schweizer Arbeitsgruppe (Y. Ekinci) durchgeführt wurde. Neben der Charakterisierung solcher Systeme konnte auch gezeigt werden, dass (i) CNMs sich durch Bestrahlung von selbstassemblierten Monolagen mit Helium Ionen in diesem Mikroskop bilden und (ii) durch Sputtern mit dem Helium-Ionen-Strahl Nanoporen (< 10 nm) in Graphen erzeugt werden können. Letzteres erfolgte in Kooperation mit der Bielefelder Arbeitsgruppe „Experimentelle Biophysik“ (D. Anselmetti) für molekulare Translokationsexperimente. Die Untersuchungen von weiteren nanoskaligen Systemen umfassen u.a. naszierende Rußpartikel (K. Kohse-Höinghaus, Bielefeld), mittels Elektrospinning hergestellte Gold- Nanodrähte (A. Greiner, Marburg), Nanopartikel (H. Takei, Japan), Aluminiumoxid-Zinkoxid Multischichten (I. Utke, Thun), Boersch Phasenplatten (D. Rhinow, Frankfurt) und biologische Zellen (C. Kaltschmidt, Bielefeld). Das Potential zur Strukturierung im Helium Ionen Mikroskop mittels Sputtern wurde in Kooperation mit einer Karlsruher Arbeitsgruppe (R. Krupke) an Kohlenstoffnanoröhrchen demonstriert. Die Helium Ionen konnten reproduzierbar Schnitte mit einer Breite von knapp 3 nm erzeugen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Efficient animal-serum free 3D cultivation method for adult human neural crest-derived stem cell therapeutics. European Cells and Materials 22, 403 (2011)
J. F. W. Greiner, S. Hauser, D. Widera, J. Müller, F. Qunneis, C. Zander, I. Martin, J. Mallah, D. Schuetzmann, C. Prante, H. Schwarze, W. Prohaska, A. Beyer, K. Rott, A. Hütten, A. Gölzhäuser, H. Sudhoff, C. Kaltschmidt, and B. Kaltschmidt
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Nanocrystalline-to-amorphous transition in nanolaminates grown by low temperature atomic layer deposition and related mechanical properties. Appl. Phys. Lett. 100, 191912 (2012)
R. Raghavan, M. Bechelany, M. Parlinska, D. Frey, W. M. Mook, A. Beyer, J. Michler, and I. Utke
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Practical aspects of Boersch phase contrast electron microscopy of biological specimens. Ultramicroscopy 116, 62 (2012)
A. Walter, H. Muzik, H. Vieker, A. Turchanin, A. Beyer, A. Gölzhäuser, M. Lacher, S. Steltenkamp, S. Schmitz, P. Holik, W. Kühlbrandt, and D. Rhinow
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Preparation of Continuous Gold Nanowires by Electrospinning of High-Concentration Aqueous Dispersions of Gold Nanoparticles. Small 8, 1436 (2012)
K. Gries, H. Vieker, A. Gölzhäuser, S. Agarwal, and A. Greiner
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A Universal Scheme to Convert Aromatic Molecular Monolayers into Functional Carbon Nanomembranes. ACS Nano 7, 6489 (2013)
P. Angelova, H. Vieker, N.-E. Weber, D. Matei, O. Reimer, I. Meier, S. Kurasch, J. Biskupek, D. Lorbach, K. Wunderlich, L. Chen, A. Terfort, M. Klapper, K. Müllen, U. Kaiser, A. Gölzhäuser, and A. Turchanin
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Fabrication of nanopores in 1 nm thick carbon nanomembranes with slow highly charged ions. Appl. Phys. Lett. 102, 063112 (2013)
Robert Ritter, Richard A. Wilhelm, Michael Stöger-Pollach, Rene Heller, Arndt Mücklich, Udo Werner, Henning Vieker, Andre Beyer, Stefan Facsko, Armin Gölzhäuser, and Friedrich Aumayr
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Imaging Nano Carbon Materials - Tiniest Soot Particles in Flames are Not Structurally Homogeneous. ChemPhysChem 14, 3248 (2013)
M. Schenk, S. Lieb, H. Vieker, A. Beyer, A. Gölzhäuser, H. Wang, and K. Kohse-Höinghaus
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Enhanced infrared LSPR sensitivity of cap-shaped gold nanoparticles coupled to a metallic film. Langmuir 30, 2297 (2014)
H. Takei, N. Bessho, A. Ishii, T. Okamoto, A. Beyer, H. Vieker, and A. Gölzhäuser
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Fabrication of carbon nanomembranes by helium ion beam lithography. Beilstein J. Nanotechnol. 5, 188 (2014)
X. Zhang, H. Vieker, A. Beyer, and A. Gölzhäuser
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Fabrication of carbon nanotube nanogap electrodes by helium ion sputtering for molecular contacts. Appl. Phys. Lett. 104, 103102 (2014)
C. Thiele, H. Vieker, A. Beyer, B.S. Flavel, F. Hennrich, D.M. Torres, T.R. Eaton, M. Mayor, M.M. Kappes, A.Gölzhäuser, H.v. Löhneysen, and R. Krupke
