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PICO bringt Magnetismus auf atomarer Ebene ans Licht

Jülich, 14. Mai 2018 - Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der RWTH Aachen und der chinesischen Tsinghua Universität in Peking haben gemeinsam mit schwedischen und japanischen Partnern eine neue Methode entwickelt, mit der sich die magnetische Struktur einzelner atomarer Schichten im Innern eines Materials abbilden lässt. Für ihre Messungen nutzten sie das ultrahochauflösende Elektronenmikroskop PICO am Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C) des Forschungszentrums Jülich. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Nature Materials veröffentlicht.

Das Mikroskop ist eines der wenigen Geräte weltweit, das über Korrekturverfahren für die sphärische Aberration und die chromatische Aberration verfügt. Dadurch verbessert sich die Auflösung auf 50 Pikometer, was es ermöglicht, die Anordnung der Atome und sogar Lageverschiebungen der Atome präzise abzubilden. Aufgrund seiner ausgeklügelten Korrekturmechanismen besitzt PICO einen außergewöhnlich großen Schärfebereich für inelastisch gestreute Elektronen, die beim Durchgang durch die Probe mit dieser in Wechselwirkung treten. Über den gemessenen Energieverlust gelang es den Wissenschaftlern, die magnetische Struktur mehrerer übereinanderliegender atomarer Schichten detailliert aufzulösen.

Mithilfe von Rastertunnelmikroskopen war es Forschern zuvor bereits gelungen, magnetische Strukturen mit atomarer Genauigkeit zu erfassen. Mit der Methode ließ sich aber nur die Oberfläche von Proben untersuchen. Elektronenmikroskope wurden zuvor auch schon zur Messung magnetischer Eigenschaften genutzt. Bislang war es aber nicht möglich, die magnetische Struktur einzelner Materialschichten aus dem Innern einer Probe atomgenau abzubilden. Der Schärfebereich der Mikroskope war bisher zu gering.

Die nun vorgestellte, präzise Bestimmung magnetischer Strukturen ist für vielfältige Anwendungen interessant, allen voran für die Erforschung neuartiger Materialien für die Speicherung von Daten. Festplatten und neu entwickelte Speichersticks nutzen magnetische Ordnungen in Festkörpern, um Informationen zu speichern. Die relevanten Strukturen in neuartigen Materialien sind jedoch so klein, dass sie sich mit herkömmlichen Methoden in der Regel nicht erfassen lassen.

Originalpublikation:

Z. C. Wang, A. Tavabi, L. Jin, J. Rusz, D. Tyutyunnikov, H. B. Jiang, Y. Moritomo, J. Mayer, R. E. Dunin-Borkowski, R. Yu, J. Zhu, and X.Y. Zhong
Atomic scale imaging of magnetic circular dichroism by achromatic electron microscopy
Nature Materials (2018), DOI:10.1038/s41563-017-0010-4

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Rafal Dunin-Borkowski
Direktor am Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen, Physics of Nanoscale Systems (ER-C-1) / Microstructure Research (PGI-5), Forschungszentrum Jülich
Tel. +49 2461 61-9297
E-Mail: r.dunin-borkowski@fz-juelich.de

Prof. Dr. Joachim Mayer
Direktor am Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (ER-C-2), Forschungszentrum Jülich
Tel. +49 2461 61-6070
E-Mail: j.mayer@fz-juelich.de

Dr. Amir Hossein Tavabi
Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen, Physics of Nanoscale Systems (ER-C-1) / Microstructure Research (PGI-5), Forschungszentrum Jülich
Tel. +49 2461 61-9478
E-Mail: a.tavabi@fz-juelich.de

Dr. Lei Jin
Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen, Physics of Nanoscale Systems (ER-C-1) / Microstructure Research (PGI-5), Forschungszentrum Jülich
Tel. +49 2461 61- 2413
E-Mail: l.jin@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Tobias Schlößer
Unternehmenskommunikation, Forschungszentrum Jülich
Tel. +49 2461 61-4771
E-Mail: t.schloesser@fz-juelich.de

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