Aberrationskorrigierte Spektromikroskopie
Wir betreiben ein aberrationskorrigiertes spektroskopisches Niedrigenergie-Elektronenmikroskop (Elmitec AC-SPE-LEEM) für die Real- und K-Raum-Abbildung von Oberflächen und dünnen Schichten. Das Mikroskop ist eines der besten seiner Art in Bezug auf räumliche Auflösung und Transmission. Wir verwenden es für die Beobachtung kinetischer Prozesse an Oberflächen in Echtzeit.
Im LEEM-Modus bildet unser Mikroskop die Struktur und Morphologie von Oberflächen mit einer räumlichen Auflösung von mehr als 2 nm ab. Die Bilder werden durch niederenergetische Elektronen erzeugt, die von der Probenoberfläche elastisch zurückgestreut werden. Der LEEM-Modus bietet eine breite Palette von Kontrastmechanismen, z. B. Amplituden- und Phasenkontrast, Hell- und Dunkelfeldmikroskopie, Arbeitsfunktion oder chemischen Kontrast. Dies ermöglicht die Untersuchung von z. B. Oberflächenrekonstruktionen, Wachstumsprozessen und Selbstorganisation an Oberflächen, Phasenübergängen und anderen kinetischen Prozessen. Der unten stehende Film zeigt zum Beispiel eine Reihe von Phasenübergängen in einem gemischten molekularen Monolayer-Film [1, 2]. Wir haben auch 2D-Materialien mit LEEM untersucht, insbesondere hexagonales Bornitrid (hBN) [3, 4, 5].
Um den Nutzen des Instruments noch weiter zu verbessern, haben wir eine Methode zur linearen Rekonstruktion von Austrittswellen aus einer Serie von LEEM-Bildern durch den Brennpunkt entwickelt. Sie kann zur Verbesserung der Auflösung (durch Ausnutzung der vollen Informationsgrenze des Mikroskops) und des Bildkontrasts (durch Berücksichtigung der Elektronenphasenverschiebungen) eingesetzt werden [6].
Da LEEM ein auf Beugung basierendes Bildgebungsverfahren ist, kann das Mikroskop leicht (und schnell) auf k-Raum-Bildgebung umgestellt werden, indem einfach eine Beugungsebene anstelle einer Bildebene auf den Kanalplattendetektor projiziert wird. Das Mikroskop nimmt dann (Mikro-) Niedrig-Energie-Elektronenbeugungsbilder (µLEED) auf, die für die Identifizierung der kristallographischen Struktur von Oberflächenbereichen bis zu einem Durchmesser von ca. 1 µm nützlich sind.
Wenn eine UV-Photonenquelle anstelle von Elektronen zur Beleuchtung der Probe verwendet wird, können auch photoemittierte Elektronen mit dem Mikroskop nachgewiesen werden (Photoemissionselektronenmikroskopie oder PEEM). Unser Mikroskop ist mit einer High-Flux-He-Lampe (Focus HIS-14 HD) und einem halbkugelförmigen Elektronenenergiefilter ausgestattet, was spektroskopische Untersuchungen wie z. B. dreidimensionales k-Raum-Mapping (Impulsmikroskopie, siehe Film unten) und Photoemissionstomographie ermöglicht [7].
