Methode zur Messung der elektrischen Felder zwischen Atomen entwickelt

11. Jänner 2015, 18:09
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An der TU Wien entwickelte Methode soll helfen, atomare Strukturen besser zu verstehen

Wien - Moderne Elektronenmikroskope können nicht nur einzelne Atome sichtbar machen. Wissenschafter der Technischen Universität (TU) Wien haben mit deutschen und belgischen Kollegen eine Methode entwickelt, mit der man sogar das elektrische Feld zwischen den Atomen Punkt für Punkt vermessen werden kann, berichten sie im Fachjournal "Nature Communications".

Messungen im Pikometerbereich

"Die Fortschritte in der Elektronenmikroskopie waren in den letzten Jahren enorm", erklärte Peter Schattschneider vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien in einer Aussendung. Mittlerweile könne man Elektronenstrahlen auf Bereiche von etwa 50 Pikometern fokussieren - das sei ein Bruchteil des Abstandes zwischen zwei benachbarten Atomen in einem Kristall.

Das elektrische Feld, das zwischen den Atomen herrscht, beeinflusst dabei den Weg der Elektronen durch die Probe. Weil sich dieses elektrische Feld auf minimalen Distanzen sehr stark ändert, wird der Elektronenstrahl auf komplizierte Weise gestört. So entsteht in einem Detektor hinter der Probe ein komplexes Muster.

Quantenmechanische Betrachtung

Die Wissenschafter haben nun die sogenannte "Picodiffraktions-Methode" entwickelt, mit der sich aus dem Muster an jeder Stelle das lokale elektrische Feld im Kristall berechnen lässt. "Entscheidend dabei ist, die Elektronen quantenmechanisch zu betrachten, und sie nicht nur als klassische Teilchen zu sehen, die sich auf einem bestimmten geradlinigen Pfad bewegen", so Schattschneider.

Die neue Methode soll nun helfen, besondere Materialien wie Ferroelektrika besser zu verstehen. Denn aus dem elektrischen Feld zwischen den Atomen könne auf die Verteilung der elektrischen Ladung und den in der Chemie wichtigen Ladungstransfer geschlossen werden, schreiben die Wissenschafter. (APA, 11.1.2015)

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