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Artikelaktionen

Galerie der Bilder von 2013

Bild des Monats Januar 2013

Bild des Monats JanuarIn Bild a) ist das Übersichtsbild einer hochauflösenden Raster-Transmissions-Elektronenmikroskopaufnahme (STEM) von GaN-Quantendrähten, die auf den Kanten von GaN-Nanodrähten mit AlN-Hülle (AlN-shell) gewachsen wurden, zu sehen (Aufnahmemodus: high angular annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM).

Bild b): Hochauflösende aberrationskorrigierte HAADF-STEM-Aufnahme eines monoatomaren GaN Quantendrahtes (Q-wire).

Bild c): Vergrößerte Z-Kontrast-Aufnahme eines monoatomaren GaN-Quantendrahtes (hell: Ketten mit Ga-Atomen in GaN).

Die Strukturen wurden mittels Molekularstrahlepitaxie in der AG Eickhoff gewachsen, die TEM-Analyse wurde von Prof. J. Arbiol, ICREA, Barcelona, Spanien, durchgeführt. Weitere Einzelheiten finden sich in: “Self-assembled GaN quantum wires on GaN/AlN nanowire templates”, Nanoscale 4, 7517 (2012)

Bild des Monats Februar 2013

Schematische Darstellung einer Gold-Diamantoide-CsBr Photoemissionszelle und Versuchsaufbau.

Schematische Darstellung einer Gold-Diamantoide-CsBr Photoemissionszelle und Versuchsaufbau. Die größere Darstellung links zeigt die Schichtstruktur des dargestellten Films aus einer Monolage des [121]Tetramantan-6-thiols (die Wasserstoffe aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen) und aus CsBr. Rechts ist der Versuchsaufbau gezeigt, in dem der Laser durch ein Goldgitter strahlt, die Probe trifft und dabei Photoelektronen erzeugt, deren Fluß dann ausgelesen wird.Die größere Darstellung links zeigt die Schichtstruktur des dargestellten Films aus einer Monolage des [121]Tetramantan-6-thiols (die Wasserstoffe aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen) und aus CsBr. Rechts ist der Versuchsaufbau gezeigt, in dem der Laser durch ein Goldgitter strahlt, die Probe trifft und dabei photoelectronen erzeugt, deren Fluß dann ausgelesen wird.

Schematic diagram of Au/diamondoid/CsBr photoemission device and measurement setup. Expanded view on left shows internal structure of the film consisting of a monolayer of [121]tetramantane-6- thiol (hydrogens not shown for clarity) and a thin film of CsBr. On right, the geometry of the measurement is shown with the laser passing through a wire mesh and hitting the sample to excite photoelectrons that are captured on the mesh.

(Bild eingereicht von der AG Prof. Dr. Peter R. Schreiner)

Bild des Monats März 2013

Die Abbildung zeigt schematisch die Herstellung von porösen Polymermonolithen mittels Templatierung (oben). Dazu wird Divinylbenzol (DVB) und Azo-bis-(isobutyronitril) (AIBN) in einen Silicamonolithen mit bimodaler Porenverteilung (Makro- und Mesoporen) infiltriert und polymerisiert. Im Anschluss daran wird das Silicatemplat durch Behandlung mit heißer wässriger Natronlauge herausgelöst und so der Polymermonolith erhalten.Weiterhin dargestellt ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines auf diese Weise generierten Polymermonolithen (unten). Zu sehen sind die beiden aus den unterschiedlichen Porentypen des Templats gebildeten, ineinander verwobenen Strukturen. Die hellen Bereiche stellen dabei die durch Infiltration der Mesoporen gebildete Teilstruktur, die rot eingefärbten Bereiche entsprechend die durch Infiltration der Makroporen gebildete Teilstruktur dar.Die Abbildung zeigt schematisch die Herstellung von porösen Polymermonolithen mittels Templatierung (oben). Dazu wird Divinylbenzol (DVB) und Azo-bis-(isobutyronitril) (AIBN) in einen Silicamonolithen mit bimodaler Porenverteilung (Makro- und Mesoporen) infiltriert und polymerisiert. Im Anschluss daran wird das Silicatemplat durch Behandlung mit heißer wässriger Natronlauge herausgelöst und so der Polymermonolith erhalten.
Weiterhin dargestellt ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines auf diese Weise generierten Polymermonolithen (unten). Zu sehen sind die beiden aus den unterschiedlichen Porentypen des Templats gebildeten, ineinander verwobenen Strukturen. Die hellen Bereiche
stellen dabei die durch Infiltration der Mesoporen gebildete Teilstruktur, die rot eingefärbten Bereiche entsprechend die durch Infiltration der Makroporen gebildete Teilstruktur dar.

(Bild eingereicht von der AG Prof. Dr. Bernd Smarsly)

Bild des Monats April 2013

Die Abbildung zeigt die bläuliche Emission einer in der Form des Logos des I. Physikalischen Instituts strukturierten ZnO/GaN-Leuchtdiode. Die verwendete pin-Diodenstruktur (ca. 100 nm intrinsisches ZnO + ca. 1 µm hochleitendes n-Typ ZnO) wurde mittels Radiofrequenz-Kathodenzerstäubung von Zinkoxid auf einem Galliumnitrit-Templat von OSRAM Opto-Semiconductors im Rahmen des FP07 EU-Projekts ORAMA abgeschieden. Um die Hitzeentwicklung im aktiven Materialbereich zu unterdrücken, wird die Diode gepulst mit einer Frequenz um die 100 Hz und einem An/Aus-Zeitverhältnis von 20 % zu 80 % betrieben. (Bild eingereicht von Achim Kronenberger, AG Prof. Meyer, I. Physikalisches Institut.)Die Abbildung zeigt die bläuliche Emission einer in der Form des Logos des I. Physikalischen Instituts strukturierten ZnO/GaN-Leuchtdiode. Die verwendete pin-Diodenstruktur (ca. 100 nm intrinsisches ZnO + ca. 1 µm hochleitendes n-Typ ZnO) wurde mittels Radiofrequenz-Kathodenzerstäubung von Zinkoxid auf einem Galliumnitrit-Templat von OSRAM Opto-Semiconductors im Rahmen des FP07 EU-Projekts ORAMA abgeschieden. Um die Hitzeentwicklung im aktiven Materialbereich zu unterdrücken, wird die Diode gepulst mit einer Frequenz um die 100 Hz und einem An/Aus-Zeitverhältnis von 20 % zu 80 % betrieben.

(Bild eingereicht von Achim Kronenberger, AG Prof. Dr. Bruno K. Meyer, I. Physikalisches Institut.)

Bild des Monats Mai 2013

Oxidation von Ruthenium bei Raumtemperatur

Mit dem Rastertunnelmikroskop (STM) wurde die anfängliche Oxidation der Ru(0001) Oberfläche mittels atomarem Sauerstoff O’ bei Raumtemperatur studiert. Das STM Bild zeigt Korrosion der Stufen und die Ausbildung von Ru-O Clustern bei einer Begasung von 42L O’ (Dosis: 1L = 1 Langmuir = 1,33 mbar*s), vornehmlich an den Stufen aber auch auf den Terrassen. Der beobachtete Nukeations- und Wachstumsprozess bei Raumtemperatur setzt die Bildung einer mobilen Ru-O Precursor Spezies voraus. Der thermische Zerfall der Ru-O Cluster findet bei etwas 700 K statt, bei dem Sauerstoff freigesetzt wird, das mit mit dem Massenspektrometer (Thermodesorptionspektren für unterschiedliche Dosierungen von atomarem Sauerstoff) nachgewiesen werden kann. (Bild eingereicht von Prof. H. Over.)Mit dem Rastertunnelmikroskop (STM) wurde die anfängliche Oxidation der Ru(0001) Oberfläche mittels atomarem Sauerstoff O’ bei Raumtemperatur studiert. Das STM Bild zeigt Korrosion der Stufen und die Ausbildung von Ru-O Clustern bei einer Begasung von 42L O’ (Dosis: 1L = 1 Langmuir = 1,33 mbar.s), vornehmlich an den Stufen aber auch auf den Terrassen. Der beobachtete Nukeations- und Wachstumsprozess bei Raumtemperatur setzt die Bildung einer mobilen Ru-O Precursor Spezies voraus. Der thermische Zerfall der Ru-O Cluster findet bei etwas 700 K statt, bei dem Sauerstoff freigesetzt wird, das mit mit dem Massenspektrometer (Thermodesorptionspektren für unterschiedliche Dosierungen von atomarem Sauerstoff) nachgewiesen werden kann.

(Bild eingereicht von Prof. Dr. Herbert Over.)

Bild des Monats Juni 2013

Zur detaillierten Untersuchung der Elektrodeposition von halbleitendem ZnO, das für Anwendungen in Solarzellen und transparenter Elektronik interessant ist, wurden Abscheidungen auf mikrostrukturierten Goldelektroden durchgeführt. Durch galvanostatische Kontrolle von Strompulsen konnten die Transportverhältnisse im Elektrolyten detailliert kontrolliert werden. Die Abbildung zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Struktur, bei der nur eine Seite der Elektrodenbänder direkt mit dem Galvanostaten während der Abscheidung kontaktiert wurde (blau gekennzeichnet). Nach zunächst räumlich sehr fokussiertem Wachstum fand im späteren Stadium eine Abscheidung auch auf der nicht kontaktierten Elektrode statt (rot markiert), da das Gap durch wachsendes ZnO überbrückt und so auch das rot markierte Elektrodenfeld kontaktiert wurde. Die Ergebnisse sind der Diskussion der ZnO-Elektrodeposition auf inhomogenen flächigen Substraten, vor allem aber auf Drähten, Fäden und Geweben sehr dienlich, wo Diffusion im Bereich von Mikrometern von großem Einfluss ist. (Bild eingereicht von Prof. Schlettwein)Zur detaillierten Untersuchung der Elektrodeposition von halbleitendem ZnO, das für Anwendungen in Solarzellen und transparenter Elektronik interessant ist, wurden Abscheidungen auf mikrostrukturierten Goldelektroden durchgeführt. Durch galvanostatische Kontrolle von Strompulsen konnten die Transportverhältnisse im Elektrolyten detailliert kontrolliert werden. Die Abbildung zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Struktur, bei der nur eine Seite der Elektrodenbänder direkt mit dem Galvanostaten während der Abscheidung kontaktiert wurde (blau gekennzeichnet). Nach zunächst räumlich sehr fokussiertem Wachstum fand im späteren Stadium eine Abscheidung auch auf der nicht kontaktierten Elektrode statt (rot markiert), da das Gap durch wachsendes ZnO überbrückt und so auch das rot markierte Elektrodenfeld kontaktiert wurde. Die Ergebnisse sind der Diskussion der ZnO-Elektrodeposition auf inhomogenen flächigen Substraten, vor allem aber auf Drähten, Fäden und Geweben sehr dienlich, wo Diffusion im Bereich von Mikrometern von großem Einfluss ist.

(Bild eingereicht von Prof. Dr. Derck Schlettwein)

Bild des Monats Juli 2013

Die Abbildung zeigt die Bloch-Spektraldichte (ähnlich einer Bandstruktur) von Bi2Se3 an einer Oberfläche, berechnet mit Ab-initio-Methoden. Die breiten Flächen sind die Zustände eines idealen Kristalls, projiziert entlang der z-Achse. Die scharfen Linien sind Oberflächenzustände. Wie man erkennen kann, ist Bi2Se3 als Kristall ein Isolator, da die Fermi-Energie in die Bandlücke fällt. Die Oberflächenzustände jedoch kreuzen die Fermi-Energie, schließen die Bandlücke und bilden daher einen leitenden Kanal an der Oberfläche. Sie haben weitere interessante Eigenschaften: Sie entstehen aus Symmetriegründen und sind daher durch diese Symmetrien geschützt. Des Weiteren sind sie spinpolarisiert. Bi2Se3 gehört damit zu den topologischen Isolatoren die zurzeit intensiv erforscht werden. (Bild eingereicht von Christian Franz, Arbeitsgruppe Prof. Christian Heiliger, I. Physikalisches Institut.)Die Abbildung zeigt die Bloch-Spektraldichte (ähnlich einer Bandstruktur) von Bi2Se3 an einer Oberfläche, berechnet mit Ab-initio-Methoden. Die breiten Flächen sind die Zustände eines idealen Kristalls, projiziert entlang der z-Achse. Die scharfen Linien sind Oberflächenzustände. Wie man erkennen kann, ist Bi2Se3 als Kristall ein Isolator, da die Fermi-Energie in die Bandlücke fällt. Die Oberflächenzustände jedoch kreuzen die Fermi-Energie, schließen die Bandlücke und bilden daher einen leitenden Kanal an der Oberfläche. Sie haben weitere interessante Eigenschaften: Sie entstehen aus Symmetriegründen und sind daher durch diese Symmetrien geschützt. Des Weiteren sind sie spinpolarisiert. Bi2Se3 gehört damit zu den topologischen Isolatoren die zurzeit intensiv erforscht werden.

(Bild eingereicht von Christian Franz, AG Prof. Dr. Christian Heiliger, I. Physikalisches Institut.)

 

Bild des Monats August 2013

Auf der linken Aufnahme ist eine freistehende Membran ausYttrium-stabilisiertem Zirkonoxid (YSZ) zu sehen. Dieses Material istals Festkörperionenleiter zum Beispiel interessant für die Forschung anminiaturisierten Brennstoffzellen oder als Festkörperionenemitter fürminiaturisierte Triebwerke. Die 1? µm dicke YSZ-Dünnschicht wurdemittels Hochfrequenz-Sputterns auf einen thermisch oxidiertenSilizium-Wafer abgeschieden. Danach wurden im Mikro- undNanostrukturierungslabor mehrere Stukturierungsschritte durchgeführt, umfreistehende Membranen zu erzeugen.  Hierbei ist vor allem dasanisotrope Silizium-Ätzen wichtig. Benutzt man zum BeispielKaliumhydroxid (KOH), so werden die (100)-Ebenen des Si-Wafers schnellergeätzt als die (111)-Ebenen. Es bilden sich pyramidenstumpfartigeStrukturen, wie es zum Beispiel im linken Bild an den Wänden dergeätzten Vertiefung zu erkennen ist. Dort sieht man das Si-Substrat unddie YSZ-Membran von "unten". Auf dem rechten Schema ist ein Querschnittder Probe dargestellt und der Winkel zwischen den beiden Kristallebenenzu sehen.  Des Weiteren kann man in der optischen Aufnahme einekreuzförmige Struktur erkennen, die durch Verspannungen in denMembranen verursacht wird. Diese Verspannungen sind abhängig von der Größeder Membran und werden mit verschiedenen Methoden, z.Bsp. Raman-Mapping, weiter untersucht.(Bild eingereicht von Florian Kuhl, I. Physikalisches Institut, AG Klar)Auf der linken Aufnahme ist eine freistehende Membran aus Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid (YSZ) zu sehen. Dieses Material ist als Festkörperionenleiter zum Beispiel interessant für die Forschung an miniaturisierten Brennstoffzellen oder als Festkörperionenemitter für miniaturisierte Triebwerke. Die 1 µm dicke YSZ-Dünnschicht wurde mittels Hochfrequenz-Sputterns auf einen thermisch oxidierten Silizium-Wafer abgeschieden. Danach wurden im Mikro- und Nanostrukturierungslabor mehrere Stukturierungsschritte durchgeführt, um freistehende Membranen zu erzeugen. Hierbei ist vor allem das anisotrope Silizium-Ätzen wichtig. Benutzt man zum Beispiel Kaliumhydroxid (KOH), so werden die (100)-Ebenen des Si-Wafers schneller geätzt als die (111)-Ebenen. Es bilden sich pyramidenstumpfartige Strukturen, wie es zum Beispiel im linken Bild an den Wänden der geätzten Vertiefung zu erkennen ist. Dort sieht man das Si-Substrat und die YSZ-Membran von "unten". Auf dem rechten Schema ist ein Querschnitt der Probe dargestellt und der Winkel zwischen den beiden Kristallebenen zu sehen. Des Weiteren kann man in der optischen Aufnahme eine kreuzförmige Struktur erkennen, die durch Verspannungen in den Membranen verursacht wird. Diese Verspannungen sind abhängig von der Größe der Membran und werden mit verschiedenen Methoden, z. Bsp. Raman-Mapping, weiter untersucht.

(Bild eingereicht von Florian Kuhl, AG Prof. Dr. Peter J. Klar, I. Physikalisches Institut)

Bild des Monats September 2013

Hochanisotrope kompositische Presslinge auf der Basis von Bi-Sb-Legierungen für die Raumtemperatur-Thermoelektrik.

Hochanisotrope kompositische Presslinge auf der Basis von Bi-Sb-Legierungen für die Raumtemperatur-Thermoelektrik.

(Bild eingereicht von der AG Prof. Dr. Sabine Schlecht)

Bild des Monats Oktober 2013

Im Rahmen des SFB TRR 79 „Werkstoffe für die Geweberegenration im systemisch erkrankten Knochen“ werden in der AG von Prof. Janek u.a. massenspektrometrische Untersuchungen an Knochenschnitten durchgeführt. Ziel ist es dabei, Informationen zum Einwachsverhalten von Implantatmaterialien und zur Wirkstofffreisetzung in den Knochen zu erhalten. Die Aufnahmen zeigen Knochenschnitte eines Oberschenkelknochens einer osteoporotischen Ratte, in den ein mit Bisphosphonat beladener Eisenschaum implantiert wurde. Auf der linken Seite ist ein nach der Von Kossa-Van Gieson-Methode histologisch gefärbter Schnitt abgebildet, wobei schwarze Bereiche den mineralisierten Knochen und pinke Bereiche eine Vorstufe des sich neu bildenden Knochens darstellen. Auf der rechten Seite ist eine Überlagerung von ToF-SIMS-Massenbildern abgebildet, wobei rot dem Calciumsignal, grün dem Kollagensignal und blau dem Eisensignal entspricht. Man erkennt durch die farbliche Abgrenzung den Eisenschaum und die Mineralisierung des Knochens.Bild eingereicht von Vanessa Linke, AG Prof. JanekIm Rahmen des SFB TRR 79 „Werkstoffe für die Geweberegenration im systemisch erkrankten Knochen“ werden in der AG von Prof. Janek u.a. massenspektrometrische Untersuchungen an Knochenschnitten durchgeführt. Ziel ist es dabei, Informationen zum Einwachsverhalten von Implantatmaterialien und zur Wirkstofffreisetzung in den Knochen zu erhalten.
Die Aufnahmen zeigen Knochenschnitte eines Oberschenkelknochens einer osteoporotischen Ratte, in den ein mit Bisphosphonat beladener Eisenschaum implantiert wurde. Auf der linken Seite ist ein nach der Von Kossa-Van Gieson-Methode histologisch gefärbter Schnitt abgebildet, wobei schwarze Bereiche den mineralisierten Knochen und pinke Bereiche eine Vorstufe des sich neu bildenden Knochens darstellen. Auf der rechten Seite ist eine Überlagerung von ToF-SIMS-Massenbildern abgebildet, wobei rot dem Calciumsignal, grün dem Kollagensignal und blau dem Eisensignal entspricht. Man erkennt durch die farbliche Abgrenzung den Eisenschaum und die Mineralisierung des Knochens.
ToF-SIMS als Methode in der Bioanalytik ist eines der Themen des Lama-Kolloquiums "Materials Science meets Medicine: Implant-Bone–Interfaces" das am 13.09.2013 stattfindet.

(Bild eingereicht von Vanessa Linke, AG Prof. Dr. Jürgen Janek)

Bild des Monats November 2013

Bild des Monats NovemberDie Aufnahmen zeigen eine Sequenz aus 25 Einzelbildern, bei der die Topographie (links) und dynamische Reibung (rechts) zwischen einer Siliziumspitze und Antimon-Nanopartikeln auf HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) mittels der dynamischen Reibungskraftmikroskopie untersucht wurden. Die Modulationsfrequenz wurde dabei in Schritten von 100 Hz pro Bild, beginnend bei 19 kHz über einen Zeitraum von etwa drei Stunden erhöht.
Die deutliche Veränderung in der Morphologie der Nanoteilchen ist vermutlich durch Abrieb am Spitze-Probe-Kontakt verursacht und nur bei Modulationsamplituden von mehreren Nanometern zu beobachten.
Die simultan gemessene dynamische Reibung zeigt frequenzabhängig neben einem materialspezifischen Kontrast auch einen topographisch geprägten Einfluss auf den Abbildungsmechanismus.

(Bilder eingereicht von Felix Mertens und Thomas Göddenhenrich, Arbeitsgruppe Prof. Dr. André Schirmeisen, Institut für Angewandte Physik)

Bild des Monats Dezember 2013

Auf AlGaN/GaN-High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMTs) basierende Enzym-modifizierte Feldeffekttransistoren (EnFETs) sind ein fähiges Instrument für die vergleichende Analyse von Enzymen. Dabei sind die Enzyme kovalent auf der Gate-Oberfläche angebunden, um die Reproduzierbarkeit und Stabilität der Antwortkurven von EnFETs zu gewährleisten (vgl. Schemazeichnung unten rechts).

Auf AlGaN/GaN-High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMTs) basierende Enzym-modifizierte Feldeffekttransistoren (EnFETs) sind ein fähiges Instrument für die vergleichende Analyse von Enzymen. Dabei sind die Enzyme kovalent auf der Gate-Oberfläche angebunden, um die Reproduzierbarkeit und Stabilität der Antwortkurven von EnFETs zu gewährleisten (vgl. Schemazeichnung unten rechts).
Aus dem qualitativen Vergleich der Antwortkurven eines Penicillinase-modifizierten Feldeffekttransistors (PenFET, grau) und eines Acetylcholinesterase-modifizierten Feldeffekttransistors (AcFET, rot) folgt direkt, dass die enzymatische Reaktion der Acetylcholinesterase schneller verläuft als die der Penicillinase, da die Steigung der Antwortkurve des AcFETs im linearen Bereich größer ist als die der Penicillinase. Des Weiteren lässt die Höhe der Antwortkurve im Sättigungsbereich einen Rückschluss auf die Anzahl immobilisierter Enzyme zu, die für Acetylcholinesterase, mit einer geringeren Höhe der Antwortkurve, kleiner ist als für Penicillinase. Für eine quantitative Auswertung der Antwortkurven, die unter anderem die Bestimmung der Michaelis-Menten-Konstante ermöglicht, wird ein kinetisches Modell verwendet, das durch die durchgezogenen Linien repräsentiert ist.

(Bild eingereicht von Gesche Müntze, AG Prof. Dr. Martin Eickhoff, I. Physikalisches Institut.)