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Infrastrukturlandschaft

Das ER-C spielt innerhalb der europäischen Infrastrukturlandschaft eine Schlüsselrolle bei der Materialcharakterisierung unter Verwendung von High-End Technologien und Instrumenten

LandscapeCopyright: Design study of a Research infrastructure for Advanced Electron Microscopy


Durch Transmissionselektronen-Instrumente der neuesten Generation ist nicht nur die räumliche Auflösung im sub-Ångström-Bereich, sondern auch die Energieauflösung im sub-100-meV-Bereich möglich geworden. Dies liefert wichtige Einblicke in die funktionalen Eigenschaften, die Struktur und die chemische Zusammensetzung von verschiedensten Materialien für eine enorme Bandbreite wissenschaftlicher Disziplinen, von den Materialwissenschaften über die Physik und Chemie, bis hin zu den Ingenieurwissenschaften, der Biologie und der Medizin. Mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) können komplementäre Informationen zu vielen Nahfeld Mikroskopie- und Synchrotron-basierten Techniken gewonnen werden.
Für naturwissenschaftliche Experimente können die Proben inzwischen - wie bei kommerziellen Anlagen - sowohl bei sehr hohen als auch bei sehr niedrigen Temperaturen, in flüssiger und gasförmiger Umgebung untersucht werden. So liefern beispielsweise für die Untersuchung von nanoelektronischen und spintronischen Bauteilen Phasenkontrast-Methoden Bilder von magnetischen und elektrischen Feldern sowie Dehnungsfeldern mit einer räumlichen und zeitlichen Auflösung im Nanometerbereich.
In der Biologie ist TEM unter tiefkalten Bedingungen (cryo EM) die Methode mit der am schnellsten wachsenden Nachfrage, da sie Studien biologischer Makromoleküle, insbesondere von Proteinen und Viren, ermöglicht. Der Schlüssel hierzu ist die Entwicklung fortschrittlichster Elektronendetektoren, um beispielsweise Untersuchungen zu Makromolekülen in zellulärer Umgebung mit direkter Relevanz für die Medizin durchführen zu können.
Die Materialwissenschaften und die Chemie nutzen TEM für Studien zu neuen Materialien für den Energiesektor (Batterien, Solarzellen, grüne Katalysatoren etc.) und liefern signifikante Beiträge zum Verständnis der Beziehung von Struktur und Funktion in kritischen Systemkomponenten wie Kathodenmaterialien und post-Li-Ionen Batterien.
Für die Physik hat die räumliche und spektrale Auflösung, die die Transmissionselektronenmikroskopie ermöglicht, unser Verständnis von Plasmonen und Quantenmaterialien vorangetrieben. Darüber hinaus haben aktuelle Weiterentwicklungen der zeitaufgelösten TEM die Untersuchung fundamentaler Elektron-Photon Wechselwirkungen möglich gemacht.
Die Ingenieur- und Nanowissenschaften profitieren von der kommerziellen Weiterentwicklung von in situ Probenumgebungen und nutzen sie für Untersuchungen neuer struktureller Materialien (z.B. Keramiken, komplexe Legierungen, Halbleiterbauteil-Strukturen).