Forschungszentrum Jülich – Forschen in Jülich 2_2013

2|2013 Forschen in Jülich 17 FORSCHUNG IM ZENTRUM | Elektronenmikroskopie drehimpuls – den Spin – von Elektronen. Auf diese Weise sollen sich einmal be- sonders energieeffiziente und schnelle Rechner verwirklichen lassen. Weil der Spin der Elektronen mit einem magneti- schen Moment verknüpft ist, könnte die Elektronenholografie prinzipiell die An- ordnung von Spins im Inneren von Nano- materialien sichtbar machen. AM LIMIT Noch allerdings stößt die Methode dabei an ihre Grenzen. Trotz ihres konkurrenz- losen Auflösungsvermögens ist es für diesen Zweck nicht gut genug: Bislang müssen zwei Feldlinien mindestens fünf Nanometer voneinander entfernt sein, damit die Elektronenholografie sie ge- trennt voneinander abbilden kann. Au- ßerdem sind die magnetischen Felder, die zu messen sind, sehr schwach – ins- besondere in Partikeln, deren Durchmes- ser kleiner ist als 20 Nanometer. So bleibt auch eine andere Frage der Informationstechnologie derzeit noch unbeantwortet. Lassen sich Daten in magnetischen Nanokristalliten von nur wenigen Dutzend Atomen Größe stabil speichern? Die entsprechenden Einhei- ten heutiger Computer-Festplatten sind deutlich größer, doch mit fortschreiten- der Miniaturisierung wird es immer dringlicher, diese Frage zu beantworten. Auch mit Blick auf solche praktisch bedeutsamen Problemstellungen hat sich Dunin-Borkowski seit Jahren der Aufgabe verschrieben, die Elektronen- holografie empfindlicher zu machen und ihre Auflösung zu verbessern. 2011 kam er an das ER-C, das vom Forschungs- zentrum Jülich und der RWTH Aachen unter dem Dach der Jülich Aachen Re- search Alliance (JARA) betrieben wird. Denn hier hat er beste Voraussetzun- gen, entscheidend voranzukommen: Das ER-C verfügt mit PICO über eines von zwei weltweit einzigartigen Mikrosko- Jedes Elektronenmikroskop kann zur Elektronenholografie eingesetzt werden, sofern es über eine Feld- emissionskathode (FEG) – eine spe- zielle Elektronenstrahlquelle – ver- fügt. Als Zusatzausstattung benötigt man ein Biprisma. Diese goldbe- schichtete Quarzglas-Faser wird an- stelle einer der Blenden des kon- ventionellen Elektronenmikroskops eingebaut. Der Elektronenstrahl aus der FEG wird im Mikroskop zweigeteilt. Ein Teil dient als Referenz, der zwei- te wird durch die Probe gelenkt. An- schließend lenkt das Biprisma, an dem eine elektrische Spannung an- liegt, die beiden Elektronenstrahlen so ab, dass diese sich überlagern. Das Ergebnis ist ein Interferenzmu- ster, das Hologramm. Es enthält die Information über die magnetischen Felder in der Probe. So funktioniert die Elektronenholografie Feldemissionskathode (FEG) Referenzstrahl Biprisma Hologramm Probe pen. Diese besitzen spezielle Korrektur- elemente, die einen Linsenfehler korri- gieren können, der als chromatische Aberration bekannt ist. PICO kann da- durch die atomare Anordnung im Inne- ren von Kristallen mit zuvor unerreichter Genauigkeit abbilden. Diese Erfolgsgeschichte will Dunin- Borkowski bei der Elektronenholografie wiederholen und die Korrekturlinsen ver- wenden, um die Methode zu verbessern. Der Europäische Forschungsrat setzt auf ihn: Er hat Dunin-Borkowski Ende 2012 mit einem Advanced Grant ausgezeich- net – verbunden mit einer Fördersumme in Höhe von 2,5 Millionen Euro über fünf Jahre. :: Dr. Frank Frick Eisenspäne machen die Feldlinien sicht- bar, die von einem zentimetergroßen Stabmagneten ausgehen. Dieser Magnet – ein Eisenkristall in einem Kohlenstoffröhrchen – hat einen Durch- messer von 180 Nanometern. Die Elektro- nenholografie ermöglicht es, die Feldlini- en des Nanomagneten zu erkennen. Institut Ernst Ruska-Centrum Advanced Grant

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