Elektronenverteilungen sichtbar gemacht

  • 19. January 2011

Mittels Transmissionselektronenmikroskopie konnte die lokale Änderung der Ladungsverteilung in dotiertem Graphen kartiert werden.

In den letzten fünf Jahren hat die sogenannte Aberrationskorrektur in die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) Einzug gehalten. Mit Hilfe dieser neuen Gerätetechnik sind Forscher nun in der Lage, Atompositionen im Pikometerbereich genau zu bestimmen. Forscher von der Universität Ulm konnten jetzt experimentell nachweisen, dass die Details im Bildkontrast hochauflösender Elektronenmikroskopie-Abbildungen nicht nur strukturelle Informationen, also die Positionen der Atome, sondern auch Informationen über die lokale Verteilung der Elektronen enthalten.

Die Verschiebung der Ladungsdichteverteilung aufgrund eines Stickstoff-Substitutionsdefekts im Graphen (rot: Ladungserhöhung, blau: Ladungsverringerung). Diese Neuverteilung tritt immer um ein einzelnes ersetztes Atom in einem Festkörper auf und wurde experimentell im Transmissionselektronenmikroskop nachgewiesen.

Abb.: Die Verschiebung der Ladungsdichteverteilung aufgrund eines Stickstoff-Substitutionsdefekts im Graphen (rot: Ladungserhöhung, blau: Ladungsverringerung). Diese Neuverteilung tritt immer um ein einzelnes ersetztes Atom in einem Festkörper auf und wurde experimentell im Transmissionselektronenmikroskop nachgewiesen. (Bild: Uni Ulm)

Mit dem neuen Ansatz und neuen Bildauswertungsverfahren untersuchen die Wissenschaftler zweidimensionale Materialen: Zum einen, mit Stickstoff dotiertes, Graphen, und zum anderen das zweidimensionale Material Bornitrid. Für das dotierte Graphen kann die Ladungsverschiebung in den Nachbaratomen der Stickstoffdotierung experimentell überprüft werden. Das Verständnis der elektronischen Struktur von Defekten ist dabei eine wichtige Voraussetzung für die weitere Funktionalisierung dieses Materials. In der Bornitrid-Monolage kann nun die partiell ionische Natur der Bornitrid-Verbindung überprüft werden.

Uni Ulm / KK

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