TFS-STEM: Kombinierte Tilt- und Fokusserien für STEMTomographie mit algorithmischer Kompensation für Strahlverbreitung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Tim Dahmen; Professor Dr. Niels De Jonge
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402741306

Tomographie mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) auf Basis von Kippserien ist die derzeit wichtigste Methode zur Erforschung der dreidimensionalen (3D) Struktur von biologischen und materialwissenschaftlichen Proben in der Größenordnung von Nanometern. In diesem Projekt schlagen wir die Etablierung der kombinierte Kipp- und Fokusserie (CTFS) als neues Aufnahmeschema für die Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) vor. Die Probe wird in relativ großen Schritten gedreht und für jede Kipprichtung wird eine Fokusserie aufgenommen. Ein Volumendatensatz wird dann mittels angepasster Algorithmen der Computertomographie rekonstruiert. Dies führt zu einer besseren Auflösung in axialer Richtung und damit zu einer genaueren Wiedergabe der 3D Form von Objekten. Speziell für die Abbildung dicker Proben mit einer Stärke von 1 um und mehr zeigen sich bei der CTFS Vorteile durch einen insgesamt reduzierten Kippbereich und eine reduzierte Auffächerung des Elektronenstrahls im Vergleich zu TEM. Dieses Projekt hat zum Ziel: (i) den Einfluss der Parameter der CTFS auf Auflösung und Elektronendosis zu verstehen, (ii) die Methode zur Anwendung zu bringen und die erreichbare Auflösung für biologische und materialwissenschaftliche Proben unterschiedlicher Dicke experimentell zu bestimmen sowie (iii) die erreichbare Auflösung zu verbessern, indem ein Algorithmus entwickelt wird, der die Auffächerung des Elektronenstrahls in dicken Proben kompensiert. Durch diese Ziele werden wir eine neue Standardmethode der 3D Elektronenmikroskopie etablieren, die einen fundamentalen Beitrag zur Forschung in der Biologie und den Materialwissenschaften leisten kann. Das Projekt besteht aus fünf Arbeitspaketen: -AP1: Analyse des Parameterraumes der CTFS. -AP2: Untersuchung und Stabilisierung des Rekonstruktionsalgorithmus. -AP3: Experimentelle Analyse der erreichbaren Auflösung für dünne und mitteldicke Probleme (50-300 nm). -AP4: Experimentelle Analyse der erreichbaren Auflösung für dicke Proben in der Größenordnung von Mikrometern. -AP5: Entwicklung einer Methode zur algorithmische Kompensation der Auffächerung des Elektronenstrahls in dicken Proben. Das Projekt wird in der Kategorie Künstliche Intelligenz, Bild- und Sprachverarbeitung eingereicht. Es beinhaltet interdisziplinäre Forschung aus den Bereichen Informatik, Physik, Elektronenmikroskopie, Materialwissenschaften und Angewandter Mathematik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen