Eine Brille für's Rasterelektronenmikroskop
Reflektionszonenplatten ermöglichen den präzisen Nachweis von leichten Elementen in Materialproben.
Die Rasterelektronenmikroskopie kommt zum Einsatz, um Probenoberflächen genau zu vermessen und ihre chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Dafür regt der Elektronenstrahl beim Abtasten der Probe die Atome zu Fluoreszenz an. Diese Strahlung gibt Auskunft über Ort und Art des Elements – sofern sie sich präzise analysieren lassen. Doch gerade die leichten Elemente des Periodensystems geben Strahlung in einem Energiebereich ab, der mit energiedispersiven Spektrometern (EDS) nicht hinreichend gut aufgelöst werden kann. Lithium, Beryllium, Bor, Kohlenstoff und Stickstoff spielen in Energiematerialien aber auch funktionalen Materialien jedoch eine wichtige Rolle.
Abb.: Bild des neuen Instruments, das mit Standard-Gehäuse und Standard-Flansch an ein Rasterelektronenmikroskop angeschlossen ist. (Bild: HZB)
Eine Lösung kommt nun aus dem Helmholtz Zentrum Berlin (HZB): Dort hatte Alexei Erko, der das Institut für Nanometeroptik und Technologie leitet, bereits vor einiger Zeit neuartige Optiken aus sogenannten Reflektionszonenplatten entwickelt und patentieren lassen. Sie bestehen aus tausenden von konzentrischen oder elliptischen Strukturen und helfen inzwischen an Synchrotronquellen wie BESSY II bei der Analyse der Röntgenstrahlung im niedrigen Energiebereich. Dabei brechen sie die Strahlung nicht wie etwa eine Glaslinse, sondern beugen sie, so dass Interferenzen entstehen.
„Unsere Kollegen vom IfG-Institute for Scientific Instruments GmbH hatten mich gefragt, ob sich eine Reflektionszonenplatten-Optik nicht auch an einem Elektronenmikroskop nutzen ließe, um dort die Auflösung im niedrigen Energiebereich zu steigern. Auf dieser Grundlage haben wir ein Anschlussprojekt durchgeführt; als Ergebnis konnten wir nun ein Funktionsmuster eines speziellen wellenlängendispersiven Spektrometers (WDS) herstellen, mit dessen Hilfe am Elektronenmikroskop auch die leichten Elemente sehr präzise nachweisbar sind", erklärt Erko.
Das Spektrometer besteht aus einer Anordnung von 17 Reflektionszonenplatten und deckt den Energiebereich von 50 eV bis 1120 eV ab. Um eine noch höhere Auflösung zu erreichen, stellten die Wissenschaftler eine Optik aus 200 Reflektionszonenplatten her, die im Energiebereich von 100 bis 1000 eV quasi-kontinuierliche Spektralmessungen liefert.
„Die präzise Vermessung leichter Elemente ist insbesondere für die Forschung an Energiematerialien wie Solarzellen, Batterien, Solaren Brennstoffen und Katalysatoren interessant. Es könnte aber auch für die Forschung an magnetischen Materialien und in den Lebenswissenschaften nützlich sein. Wir sind gespannt, für welche Fragestellungen dieses neue Werkzeug nun verwendet wird“, sagt Erko.
HZB / PH
