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Der richtige Dreh im Elektronenmikroskop

Am Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität (TU) Wien misst Peter Schattschneider gemeinsam mit Kollegen vom USTEM den Magnetismus von bestimmten chemischen Elementen fast punktgenau mit Hilfe von Elektronen. Was bisher nur mit starken Röntgenquellen wie dem Synchrotron möglich war, gelang Schattschneiders Team im Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Die neue Methode erreicht eine rekordverdächtige Auflösung von zehn Nanometern (entsprechend einer Strecke von ca. 40 aneinander gereihten Atomen).

Peter Schattschneider

Peter Schattschneider

Peter Schattschneider

Peter Schattschneider

Wien (TU). - "XMCD (X-ray magnetic circular dichroism) heißt die in den 80er Jahren entdeckte Methode, mit der magnetische Materialien mit zirkular polarisiertem  Röntgenlicht (das ist Licht, das einen Schraubensinn oder "Spin" aufweist) untersucht werden", erklärt Peter Schattschneider. Im Rahmen des im Jahr 2004 begonnenen EU-Projektes "CHIRALTEM" gelang seinem Team ein Durchbruch auf diesem Gebiet. "Es wäre für solche Untersuchungen ausgesprochen attraktiv, das Synchrotron durch ein Elektronenmikroskop zu ersetzen, mit dem man ja wesentlich kleinere Strukturen sehen kann.
Obendrein kostet es  nur einen Bruchteil eines Synchrotrons.  Leider haben die Elektronen im TEM keinen definierten Spin. Deshalb dachte man, diese Messungen grundsätzlich nicht  mit dem Elektronenmikroskop machen zu können.  Meiner Kollegin Cécile Hébert und mir fiel aber eines Tages auf, dass die Gleichungen für Elektronen denen für das Synchrotron verblüffend ähnlich sahen. Wir gingen der Sache mit Bleistift und Papier nach und fanden, dass XMCD entgegen aller Erwartung auch im Elektronenmikroskop möglich sein müßte."

Die richtigen Parameter zu finden, war nicht einfach. Der experimentelle Nachweis gelang im Sommer 2006. Vor wenigen Monaten erzielte das Wiener Team gemeinsam mit Kollegen vom USTEM der TU Wien einen Rekord. "Begonnen haben wir bei 200 Nanometer, nach zwei Dritteln der Forschungsperiode ist es uns gelungen, auf 30 Nanometer zu kommen. Mit einen experimentellen Trick konnten wir die zehn Nanometer-Grenze unterschreiten", so Schattschneider. Das entspricht einer Länge von weniger als 40 aneinander gereihten Atomen. (Am Synchrotron werden routinemäßig 100 nm erreicht, der Rekord liegt dort bei 25 Nanometern.)

Die Forschungsergebnisse tragen zur Weiterentwicklung elektronischer Bauteile bei. "Seit man in der Halbleitertechnik  den Elektronenspin einsetzt - Stichwort Spintronik -  ist es wichtig zu verstehen, wie die zum Teil nur wenige Atomlagen kleinen "Spinschalter" funktionieren", erläutert Schattschneider. "Viele Bereiche in der modernen Halbleitertechnik arbeiten bereits mit Strukturen um zehn Nanometer Ausdehnung. Es gibt enormen Bedarf, magnetische Eigenschaften mit so hoher Ortsauflösung zu untersuchen."

In der langen Geschichte der Elektronenmikroskopie haben diese Experimente einen völlig neuen Charakter. "Alle Methoden auf diesem Gerät sind seit einem halben Jahrhundert bekannt - zumindest im Prinzip. Mit dem von uns entdeckten Effekt, den wir in Anlehnung an XMCD als EMCD bezeichnen (das E steht für Elektron), haben wir gewissermaßen am Elektronenmikroskop eine Tür geöffnet, die 50 Jahre lang übersehen wurde."

In der Zwischenzeit wird EMCD in Labors in Toulouse, Stuttgart, Uppsala und Chicago getestet.

Fotodownload: https://www.tuwien.ac.at/index.php?id=5589

Rückfragehinweis:
Ao.Univ.Prof. DI Mag.Dr. Peter SCHATTSCHNEIDER
Technische Universität Wien
Institut für Festkörperphysik
Wiedner Hauptstr. 8-10/138, 1040 Wien
T +43/(0)1/58801-13722
F +43/(0)1/58801-13899
E peter.schattschneider@tuwien.ac.at

Aussender:
Mag. Daniela Ausserhuber
TU Wien - PR und Kommunikation
Karlsplatz 13/E011, A-1040 Wien
T +43-1-58801-41027
F +43-1-58801-41093
E daniela.ausserhuber@tuwien.ac.at
http://www.tuwien.ac.at/pr