Quantitative hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie

Das Transmissionselektronenmikroskop nutzt schnelle Elektronen als Beleuchtungsquelle, um atomare Informationen (z. B. Atompositionen, Atomsorten, Valenz usw.) in einem Material zu „sehen“. Wie andere bildgebende Systeme, z. B. das menschliche Auge oder Lichtmikroskope, leidet auch das Elektronenmikroskop unter Abbildungsfehlern, die hauptsächlich auf Linsenfehler zurückzuführen sind. Obwohl Hardware-Aberrationskorrektoren, die vor kurzem entwickelt wurden, es Wissenschaftlern ermöglichen, die Punktauflösung eines Elektronenmikroskops mit Feldemissionskanone bis an ihre Informationsgrenze zu erweitern, können echte Materialinformationen nur gewonnen werden, wenn ein experimentell aufgenommenes Bild durch Bildsimulationen quantitativ reproduziert werden kann.

Für die quantitative hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie verwenden wir hauptsächlich eine Technik namens Negative Spherical Aberration Imaging (NCSI), die von unserem emeritierten Kollegen Dr. Chunlin Jia und seinen Mitarbeitern erfunden wurde. Eine detaillierte Beschreibung finden Sie hier.

Die Bildquantifizierung beruht auf dem absoluten Bildkontrastabgleich zwischen experimentellen und simulierten Bildern. Auf diese Weise können die intrinsischen Informationen von Materialien aus unerwünschten (sogenannten Artefakten) extrahiert werden, die durch Bildgebungsfehler (z. B. Probenverdrehung und Restlinsenaberrationen) entstehen. Siehe auch hier.

Niedrigdosis-Transmissionselektronenmikroskopie

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ist ein wichtiges Instrument zur Charakterisierung der nanoskaligen und atomaren Strukturen von Materialien und bietet entscheidende Einblicke in ihre grundlegenden physikalischen Eigenschaften. Die moderne Transmissionselektronenmikroskopie wurde durch die Entwicklung von Hardware-Korrektoren für sphärische und chromatische Aberration revolutioniert, die in Kombination mit hochhellen Elektronenquellen, Monochromatoren und einer ausgezeichneten mechanischen und thermischen Stabilität eine räumliche Auflösung im tiefen Sub-Ångström-Bereich bei hoher Strahlstromdichte ermöglichen und neue Möglichkeiten zur Lösung aktueller Probleme in der Materialwissenschaft bieten. Dieser Fortschritt führt unweigerlich zu neuen Herausforderungen bei der Untersuchung strahlungsempfindlicher Materialien, die eine geringe Elektronenbestrahlungsdosis erfordern, um strahlungsinduzierte Strukturveränderungen zu vermeiden, wodurch das erreichbare Signal-Rausch-Verhältnis begrenzt wird.

Zu den strahlungsempfindlichen Materialien, die oft Elemente mit niedriger Kernladungszahl enthalten, gehören unter anderem organische Kristalle, Polymere, hybride organisch-anorganische (OI) Materialien und sogar einige anorganische Materialien wie Hydroxide. Sie umfassen Systeme, die für eine Vielzahl wissenschaftlicher und technischer Disziplinen von Interesse sind, darunter Energie-, Pharma- und Umweltwissenschaften.

Wir entwickeln derzeit Techniken mit niedriger Dosis, zum Beispiel die integrierte differentielle Phasenkontrast-Bildgebung und die elektronenpytchographische Beugungsbildgebung. Erkenntnisse aus den Biowissenschaften haben uns auch dazu inspiriert, Studien zu kryogenem Betrieb, Automatisierung und schneller Detektion durchzuführen.

Forschungsthemen:

Quantitative hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie mit niedriger Dosis, Beziehung zwischen Struktur und Eigenschaft.