The Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons: National User Facility for Ultra-high Resolution Transmission Electron Microscopy

• Applicants: Professor Dr. Rafal E. Dunin-Borkowski; Professor Dr. Joachim Mayer
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials ; Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2012 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 213892868

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Das von der RWTH und dem FZ JÜLICH gemeinsam betriebene Ernst Ruska-Centrum (ER-C) ist die zur Zeit international führende Einrichtung auf dem Gebiet der Entwicklung und Anwendung höchstauflösender elektronenoptischer Verfahren und ist zugleich nationales Nutzerzentrum für hochauflösende Elektronenmikroskopie. Im Rahmen der Unterstützung des Betriebs als nationales Nutzerzentrum durch die DFG im Rahmen des Gerätezentren-Programms konnte der Aufbau einer neuen Qualität des Nutzerbetriebs erfolgen, der den Nutzern nicht nur den Zugang zu einer teilweise weltweit einzigartigen Infrastruktur öffnet, sondern der ihnen auch die Nutzung der herausragenden am ER-C entwickelten methodischen Möglichkeiten bot. Über die DFG-Unterstützung erfolgte die Förderung einer personellen Ergänzungsausstattung, welche den Nutzern eine breite Palette von neuen Maßnahmen insbesondere im Bereich der Applikation modernster elektronenoptischer Verfahren, aber auch im Hinblick auf die Ausnutzung fortgeschrittener numerischer Verfahren zur Auswertung der gewonnen Daten eröffnete. Hierzu zählten einerseits die Nutzer-Betreuung an den aberrationskorrigierten elektronenoptischer Geräte (insgesamt fünf Cs- und Cc-korrigierte Geräte stehen zur Verfügung) sowie andererseits die Einbeziehung fortgeschrittener elektronoptischer Methoden, welche überwiegend Bestandteil von langfristigen Entwicklungen und Projekten mit der elektronenoptischen Industrie sind, in den regulären Nutzerbetrieb des ER-C. Die Unterstützung im Rahmen der Gerätezentren-Förderung erlaubte den Mitarbeitern am Ernst Ruska-Centrum eine Vertiefung und Verbreiterung der Nutzerunterstützung. Die DFG-Unterstützung ermöglicht insbesondere eine Verbesserung der direkten Nutzerbetreuung, welche angesichts der Einzigartigkeit und Komplexität der hochauflösenden Geräte am Ernst Ruska-Centrum unerlässlich ist. Im konkreten Projekt unterstützte der von der DFG finanzierte Wissenschaftler das aus ca. zehn Personen bestehende Nutzerbetreuungsteam am Ernst Ruska-Centrum bei der Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Untersuchungen an den Geräten am Ernst Ruska-Centrum. Die Nutzerbetreuer kümmerten sich insbesondere um die Einführung des höchstmöglichen Qualitätsstandards für die zu untersuchenden Proben, die Überwachung des bestmöglichen Justage-Zustands der Mikroskope und der Bereitstellung der für die Datenanalyse notwendigen Auswerteprogramme. Insgesamt wurden die aberrationskorrigierten Geräte am Ernst Ruska-Centrum in den vergangenen Jahren im Schnitt an ca. 600 Tagen von externen Nutzern benutzt. Daraus ergibt sich eine mittlere externe Nutzerquote von etwa 40 – 45 %.

Publications

• Direct Imaging of Single Au Atoms Within GaAs Nanowires. Nano Lett. 12, 2352-2356 (2012)
  M. Bar-Sadan, J. Barthek , H. Shtrikman, and L. Houben
  
• Achromatic Elemental Mapping Beyond the Nanoscale in the Transmission Electron Microscope Phys. Rev. Lett. 110, 185507 (2013)
  K.W. Urban, J. Mayer, J.R. Jinschek , M. J. Neish, N. R. Lugg, and L. J. Allen
  
• Measurement of crystal growth velocity in a melt-quenched phase-change material, Nature Communications 4:2371 (2013)
  M. Salinga, E. Carria, A. Kaldenbach, M. Bornhöfft, J. Benke, J. Mayer, M. Wuttig
  
• Metal carbonyls supported on iron oxide nanoparticles to trigger the CO-gasotransmitter release by magnetic heating. Chem. Comm. 49, 4896-4898 (2013)
  PC Kunz, H Meyer, J Barthel, S Sollazzo, AM Schmidt, C Janiak
  
• On the optical stability of high resolution transmission electron microscopes. Ultramicroscopy 134 (2013) 6-17
  J. Barthel, A. Thust
  
• Determination of the 3D shape of a nanoscale crystal with atomic resolution from a single image. Nature Materials 13 (2014), 1044-1049
  C L Jia, S-B Mi, J Barthel, D Wang, R E Dunin-Borkowski, K W Urban and A Thust
  
• Determination of the electrostatic potential distribution in Pt/Fe:SrTiO3/Nb:SrTiO3 thin-film structures by electron holography. Scientific Reports 4 (2014), 6975
  A Marchewka, D Cooper, C Lenser, S Menzel, H Du, R Dittmann, R E Dunin-Borkowski and R Waser
  
• L. Gan, C. Cui, M. Heggen, F. Dionigi, S. Rudi, P. Strasser, Element-specific anisotropic growth of shaped platinum alloy nanocrystals, Science 346, 1502 -1506 (2014)
  L. Gan, C. Cui, M. Heggen, F. Dionigi, S. Rudi, P. Strasser
  
• Visualised effect of oxidation on chemical remanent magnetisation of pseudosingle-domain magnetite particles. Nature Communications 5 (2014), 5154
  T P Almeida, T Kasama, A R Muxworthy, W Williams, L Nagy, T W Hansen, P D Brown and R E Dunin-Borkowski:
  
• Direct visualization of the thermomagnetic behavior of pseudo-single-domain magnetite particles, Science Advances 2, e1501801 (2016)
  T. P. Almeida, A. R. Muxworthy, A. Kovács, W. Williams, P. D. Brown and R. E. Dunin-Borkowski
  
• Control of morphology and formation of highly geometrically confined magnetic skyrmions, Nature Communications 8, 15569 (2017)
  C. Jin, Z-A. Li, A. Kovács, J. Caron, F. Zheng, F. N. Rybak ov, N. S. Kiselev, H. Du, S. Blügel, M. Tian, Y. Zhang, M. Farle and R. E. Dunin-Borkowski
  
• Atomic scale imaging of magnetic circular dichroism by achromatic electron microscopy. Nature Materials (2018)
  Z. Wang, A. H. Tavabi, L. Jin, J. Rusz, D. Tyutyunnik ov, H. Jiang, Y. Moritomo, J. Mayer, R. E. Dunin-Bork owsk i, R. Yu, J. Zhu and X. Zhong
  
• Experimental observation of chiral magnetic bobbers in B20-type FeGe, Nature Nanotechnology 13 (2018) 451-455
  F. Zheng, F. N. Rybak ov, A. B. Borisov, D. Song, S. Wang, Z.-A. Li, H. Du, N. S. Kiselev, J. Caron, A. Kovács, M. Tian, Y. Zhang, S. Blügel, and R. E. Dunin-Borkowski