Dreidimensionale Atomsonde mit SEM/FIB Workstation

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 161323747

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel der Forschung am Lehrstuhl für Physik neuer Materialien ist die Entwicklung und Optimierung neuartiger Materialien mit besonderen optischen und elektronischen Eigenschaften. Dabei geht es uns vor allem um ein dezidiertes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Stöchiometrie, chemischer Bindung und Struktur sowie den draus resultierenden Materialeigenschaften. Entsprechende Arbeiten haben gezeigt, dass sich die Eigenschaften der von uns untersuchten Materialien gezielt über die Stöchiometrie einstellen lassen. Zudem ist aber auch klar geworden, dass die atomare Ordnung in den für uns relevanten Materialklassen eine immens wichtige Rolle spielt. Für das Verständnis der Materialeigenschaften ist die genaue Kenntnis der atomaren Verteilung in den von uns untersuchten Systemen daher unerlässlich. Bisher hatten wir keine Möglichkeit, Informationen über die Proben zu bekommen, die über die mittlere Stöchiometrie hinausgehen. Mit der Kombination aus Atomsonde und FIB/SEM Workstation wird es für uns erstmalig möglich, die atomare Verteilung in den Proben mit sub-Nanometer-Auflösung (atomarer Auflösung) zu bestimmen. Bei fast allen Materialien, die wir momentan untersuchen, werden daher FIB/SEM und die Atomsonde zur Materialcharakterisierung eingesetzt. Durch die Möglichkeit mit der FIB/SEM Workstation TEM Lamellen schneiden zu können, wird für die Arbeitsgruppe erstmalig ein effizienter und schneller Zugang zu den hervorragenden TEMs möglich, die im Ernst-Ruska Zentrum (RWTH Aachen und Forschungszentrum Jülich) installiert sind. Dies hat es der Arbeitsgruppe ermöglicht neue Erkenntnisse über die atomare Anordnung in dünnen Schichten zu gewinnen, die mittlere Stöchiometrie zu verifizieren, verschiedene Defekte zu charakterisieren, mittels FIB nanoskalige Strukturen herzustellen und Industrieprojekte einzuwerben. Die Atomsonde wird insbesondere genutzt um die Elementverteilung und Nanophasenseparation nachzuweisen. Zu den für uns spektakulärsten Ergebnissen gehörte die Bestimmung der Elementverteilung in TCO-Schichten, Thermoelektrika und Solarzellen. Mit diesen Untersuchungen konnten wir nachweisen, wie Dotanden im Korn und in der Korngrenze verteilt sind und welcher Prozentsatz der Dotanden in einem Korn Ladungsträger liefert. Ähnliche Ergebnisse wären ohne eine Atomsonde gar nicht denkbar gewesen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2017) Unexpected Ge-Ge Contacts in the Two-Dimensional Ge4 Se3 Te Phase and Analysis of Their Chemical Cause with the Density of Energy (DOE) Function. Angewandte Chemie (International ed. in English) 56 (34) 10204–10208
  Küpers, Michael; Konze, Philipp M.; Maintz, Stefan; Steinberg, Simon; Mio, Antonio M.; Cojocaru-Mirédin, Oana; Zhu, Min; Müller, Merlin; Luysberg, Martina; Mayer, Joachim; Wuttig, Matthias; Dronskowski, Richard
  
• Resistive Switching in Oxides with inhomogeneous conductivity. Chin. Phys. B 22, 067202 (2013)
  Da-Shan Shang, Ji-Rong Sun, Bao-Gen Shen and Matthias Wuttig
  
• Using Low-Loss Phase-Change Materials for Mid-Infrared Antenna Resonance Tuning Nano Letters 13, 3470 (2013)
  A. Michel, D.N. Chigrin, T.W. Maß, K. Schönauer, M. Salinga, M. Wuttig, T. Taubner
  
• Reversible optical switching of infrared antenna resonances with ultrathin phase-change layers using femtosecond laser pulses. ACS Photonics 1, 833 (2014)
  A.-K. Michel, P. Zalden, D.N. Chigrin, M. Wuttig, A.M. Lindenberg, and T. Taubner
  
• Specific heat of GeTex(Sb2Te3)1-x phasechange materials: The impact of disorder and anharmonicity. Chemistry of Materials 26, (2014) 2307
  P. Zalden, K. Siegert, S. Rols, H. Fischer, F. Schlich, T. Hu, M. Wuttig
  
• Active Chiral Plasmonics. Nano Letters 15, 4255 (2015)
  X. Yin, M. Schäferling, A.-K. U. Michel, A. Tittl, M. Wuttig, T. Taubner, H. Giessen
  
• Impact of vacancy ordering on thermal transport in crystalline phase-change materials. Reports on Progress in Physics 78, 013001 (2015)
  K. S. Siegert, F. Lange, R. Sittner, H. Volker, C. Schlockermann, T. Siegrist, M. Wuttig
  
• Switchable mid-infrared plasmonic perfect absorber with multispectral thermal imaging capability. Advanced Materials 27, 4597 (2015)
  A. Tittl, A.-K. U. Michel, M. Schäferling, X. Yin, B. Gholipour, L. Cui, M. Wuttig, T. Taubner, F. Neubrech, H. Giessen
  
• Understanding the conductive channel evolution in Na:WO3−x-based planar devices. Nanoscale 7, 6023 (2015)
  D. Shang, P. Li, T. Wang, E. Carria, J. Sun, B. Shen, T. Taubner, I. Valov, R. Waser, M. Wuttig
  
• Dielectric properties of amorphous phase-change materials. Phys. Rev. B
  C. Chen, P. Jost, H. Volker, M. Kaminski, M. Wirtssohn, U. Engelmann, K. Krüger, F. Schlich, C. Schlockermann, R.P.S.M. Lobo, M. Wuttig
  
• Reversible optical switching of highly confined phonon– polaritons with an ultrathin phase-change material. Nature Materials 15, 870 (2016)
  P. Li, X. Yang, T.W. Maß, J. Hanss, M. Lewin, A.-K. U. Michel, M. Wuttig, T. Taubner