Messung der dreidimensionalen Verteilung mechanischer Dehnung in Nanostrukturen mittels Elektronendunkelfeldinlineholographie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Projekt hatte die Entwicklung einer effizienten und hochauflösenden Methode zur Messung des drei-dimensionalen Dehnungszustandes kristalliner Materialien zum Ziel. Im Verlauf des Projekts hat sich herausgestellt, dass es notwendig ist, dynamische Beugungseffekte gründlicher, als ursprünglich geplant, zu berücksichtigen. Ohne eine umfassende Einbeziehung dynamischer Beugungseffekte wäre das Ziel des Projekts nicht erreichbar gewesen. Es ist uns dabei im Rahmen dieses Projekts gelungen, neben den experimentellen Aktivitäten, die in der Zielsetzung dieses Projekts erwähnten Größen in allen drei Dimensionen aus sehr realistisch simulierten Daten unter Zuhilfenahme dynamischer Beugungseffekte zu rekonstruieren: a) aus einer Serie von (simulierten) hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskopiebildern für leicht (< ±10°) verkippte Proben das drei-dimensionale elektrostatische Potential, welches Peaks an den Positionen der Atome aufweist, und b) aus (simulierten) konvergenten Beugungsdaten, die mit hoher lateraler Auflösung akquiriert werden können (oder Kippserien von Dunkelfeldinlinehologrammen), den 3D Dehnungszustand und auch die Variationen anderer lokaler Probeneigenschaften. Weitere Ziele, wie die Steigerung der Effizienz der experimentellen Methode der Elektroneninlineholographie mit Hinblick auf die Menge an benötigten Daten, die Verwendung von beliebig vielen Reflexen, als auch die Rekonstruktion von mehr als nur den lateralen 4 Komponenten des 3D Dehnungstensors aus experimentellen Daten wurden, wie geplant, realisiert. Im Rahmen dieses Projektes sind auch verschiedene Softwarelösungen entstanden, die das bisher erarbeitete Wissen implementieren und verfügbar machen, und somit einen entscheidenden Grundstein für den weiteren Ausbau dieser Methoden legen. Aufgrund des Umzugs des PIs an die Uni Ulm und die Andersartigkeit der dort verfügbaren instrumentellen Gegebenheiten hat sich die ursprünglich geplante gänzliche Neuentwicklung eines speziellen TEM Halters auf die Modifizierung und Nutzbarmachung eines speziell für dieses Projekt beschafften Rotationskipphalters beschränkt, mit dessen Hilfe sich ebenfalls sehr feine Änderungen in der Orientierung des Präparats realisieren lassen. Damit konnten die Ressourcen, die für die Entwicklung eines gänzlich neuen Halters geplant waren, für die unvorhergesehen notwendige Behandlung der dynamischen Beugungseffekte eingesetzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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„Method for Retrieval of the Three-Dimensional Object Potential by Inversion of Dynamical Electron Scattering”, Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 245502
W. Van den Broek and C.T. Koch
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„A General Framework for Quantitative Three- Dimensional Reconstruction from Arbitrary Detection Geometries in TEM”, Phys. Rev. B 87 (2013) 184108
W. Van den Broek and C. T. Koch
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“Correlative High- Resolutin Mapping of Strain and Charge Density in a Strained Piezoelectric Multilayer”, Advanced Materials Interfaces 2014 (2014) 1400281
K. Song, C.T. Koch, J.K. Lee, D.Y. Kim, J.K. Kim, A. Parvizi, W.Y. Jung, C.G. Park, H.J. Jeong, H.S. Kim, Y. Cao, T. Yang. L.-Q. Chen, S.H. Oh
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„Third-dimension information retrieval from a single convergent-beam transmission electron diffraction pattern using an artificial neural network”, Phys. Rev. B 89 (2014) 205409
R.S. Pennington, W. Van den Broek, C.T. Koch
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"A three-dimensional polarization domain retrieval method from electron diffraction data", Ultramicroscopy 155 (2015) 42–48
R.S. Pennington, C.T. Koch
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„Two-dimensional misorientation mapping by rocking dark-field transmission electron microscopy“, Ultramicroscopy 159 (2015) 26-33
D. Tyutyunnikov, M. Mitsuhara, C.T. Koch
