Nano-Objekte in 3D charakterisieren

Durchbruch in der Analyse von Nanostrukturen: Forscher aus Graz haben erstmals nano­skalige Objekte chemisch, strukturell und hinsichtlich ihrer physikalischen Eigen­schaften in 3D untersuchbar gemacht. Die neue atomar auflösende Elektronen­tomographie nennt sich „Atomo­graphie“ und eröffnet neue Wege in der Material­forschung. „Um Materialien in ihrer Eigenschafts­komplexität verstehen zu können, müssen wir Methoden zur Herstellung, zur Simulation und zur Charakterisierung entwickeln und verknüpfen“, sagt Gerald Kothleitner von der TU Graz. „Unsere Methode der Elektronen­tomographie kann Nano-Strukturen nicht nur drei­dimensional atomar abbilden, sondern auch mit physikalisch-strukturellen Eigen­schaften korrelieren.“

Die Atomographie ermögliche daher ein bisher nicht dagewesenes Verständnis für Materialien in ihrer chemischen und strukturellen Zusammen­setzung. „Dem anwendungs­spezifisch ideal designtem Material sind wir mit der neuen Analyse­methode einen großen Schritt näher. Wir wissen nun, welche Atome sich in einem Nano­cluster befinden und wie diese Atome angeordnet sind. Wir haben erstmals einen drei­dimensionalen Blick auf die chemische und strukturelle Zusammen­setzung von Nano­teilchen“, so Kothleitner. Möglich machen das ganz wesentlich das Elektronen­mikroskop ASTEM, sowie von Georg Haberfehlner an der TU Graz entwickelten drei­dimensionale Abbildungs­methoden. Damit lässt sich fest­stellen, aus welchen Elementen sich eine Probe zusammen­setzt und welche Atome sich an welchen Positionen befinden.

Kothleitner und seine Mitarbeiter hatten zunächst gezielt einen Nano­cluster aus wenigen Gold- und Silber­atomen hergestellt. Die definierte Herstellung solcher metallischer Nano­cluster ist schwierig, präpariert wurde diese spezielle Probe am Institut für Experimental­physik der TU Graz im Team von Wolfgang Ernst. Das Nano­teilchen haben die Forscher am Institut für Elektronen­mikroskopie und Nano­analytik dann mittels Atomo­graphie aus allen Perspektiven untersucht, analysiert und abgebildet.

In einer weiteren Studie gelang die drei­dimensionale Simulation und Abbildung elektro­magnetischer Felder – Oberflächen­plasmonen – auf gekoppelten Silber­quadern und damit erstmals ein direkter und quantitativer Vergleich zwischen Simulation und Experiment. Für technologische Anwendungen, beispielsweise in der Sensorik, Photo­voltaik oder der optischen Daten­verarbeitung, ist dieser Fortschritt enorm wichtig.

TUG / RK