E-Feld zwischen zwei Atomen kartiert
Erste gelungene Messung werten die Forscher als wichtigen Schritt für die Nanotechnologie.
Einem internationalen Forscherteam ist es jetzt erstmals gelungen, elektrische Felder zwischen zwei Atomen in einem Kristall zu messen. Die Wissenschaftler aus den Niederlanden, Österreich und Deutschland, darunter auch Josef Zweck vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg, setzten dazu ein spezielles Hochleistungs-Elektronenmikroskop ein.
Abb.: Kristallstruktur eines GaN-Kristalls (Atompositionen weiß, groß: Ga, klein: N) mit Elektronenstrahl (rot). Der Kernbereich des Strahls ist kleiner als die interatomaren Abstände. (Bild: V. Galiot, U. Regensburg)
Für ihre Experimente griffen die Forscher auf Strontiumtitanat (SrTiO3) zurück, das aufgrund seines hohen Brechungsindexes für optische Bauelemente verwendet wird. Der Durchmesser des Elektronenstrahls des Hochleistungs-Elektronenmikroskops war mit etwa fünfzig Pikometern drei- bis viermal kleiner als der Abstand zwischen den einzelnen Atomen in der Kristallstruktur von Strontiumtitanat. Der Strahl ließ sich daher dazu nutzen, um den Raum zwischen den Atomen abzutasten. Dort existierende elektrische Felder – mit verantwortlich für die Bindung der Atome untereinander – beeinflussen den Elektronenstrahl. Mit Hilfe eines quantenphysikalischen Ansatzes gelang die Rekonstruktion der interatomaren Felder aus den Beobachtungsdaten.
Die Messung eröffnet neue Möglichkeiten der Materialcharakterisierung auf atomarer Ebene. Von großer Bedeutung ist dies für den Bereich der Nanotechnologie, in dem besondere physikalische Eigenschaften schon allein durch Bearbeitung oder Manipulation von einer oder wenigen Atomlagen erzeugt werden können.
UR / OD
