Galerie der Bilder von 2014

Bild des Monats Januar 2014

Die Abbildungen zeigen eine SEM-Aufnahme und XRD-Daten von makroporösen Monolithen aus Ti4O7 (Inset). Solche porösen, substöchiometrischen Ti-Oxide werden im Rahmen des STORE-E-Projektes hergestellt und zeichnen sich durch eine für Oxide hohe elektronische Leitfähigkeit im Bereich von einigen S cm-1 aus. Diese interessanten Eigenschaften werden von den beteiligten Gruppen in verschiedener Hinsicht untersucht und verwendet, so zum Beispiel als leitfähige Matrix für Elektrodenmaterialien oder bezüglich des Speichermechanismus‘ von Ionen an/in Grenzflächen. Die Synthese dieser substöchiometrischen und zugleich porösen Ti-Oxide erfolgt durch Reduktion von entsprechenden TiO2-Porenstrukturen mit elementarem Zirkonium.

(Bild eingereicht von Fabian Beleites, AG Prof. Dr. Bernd Smarsly)

Bild des Monats Februar 2014

REM-Aufnahmen von SnO₂-Dünnschichten auf unterschiedlichen Substraten

In der Abbildung sind die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen von SnO₂‑Dünnschichten dargestellt, die mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) bei 650 °C mit einer Dicke von  » 1,5 mm auf unterschiedlichen Substraten abgeschieden wurden.

(Bild eingereicht von Yinmei Lu und Dr. Jie Jiang, AG Prof. Dr. Bruno K. Meyer)

Bild des Monats März 2014

Um den Mechanismus von Oberflächenreaktionen aufzuklären, kommt häufig ein ganzes Sammelsurium verschiedener Surface-Science-Methoden zum Einsatz. Auch theoretische Methoden werden hierzu verwendet; insbesondere Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen erfreuen sich steigender Popularität. Es ist jedoch nicht immer leicht, Theorie und Experiment in Einklang zu bringen, weshalb für eine umfassende theoretische Beschreibung Multi-Skalen-Methoden genutzt werden, die in der Lage sind, die Lücke zwischen experimentell erfassbaren Größen und den Elementarschritten der Reaktion zu schließen. Im Fall der heterogenen Katalyse eignen sich dafür insbesondere Kinetische Monte-Carlo-Simulationen, da sie bei Kenntnis aller Elementarschritte und der assoziierten Aktivierungsenergien in der Lage sind, ohne große Umwege typische Surface-Science-Experimente zu simulieren.
Die gezeigte Abbildung ist erschienen als Titelbild in Catalysis Science and Technolgy 4, 2014, 583-598.

(Bild eingereicht von Franziska Heß, AG Prof. Dr. Herbert Over)

Bild des Monats April 2014

Frühlingsfrisch geschnittene Hecke

Pünktlich zum Frühlingserwachen können wir unsere frisch geschnittene Hecke aus dem Mikrogarten präsentieren. Es handelt sich um ein präpariertes Goldband auf einem Si-Wafer, das durch eine 1.5 µm hohe senkrechte Struktur ("brauner Stamm") abgeschlossen wird. Hierauf ist ein 0.5 µm dicker ("grüner") Film aus Zinkoxid als "Rasen" und "Hecke" gewachsen. Dieses Zinkoxid wurde elektrochemisch innerhalb von 10 s aus einer wässrigen Lösung bei konstantem Elektrodenpotential abgeschieden. Die Aufnahme wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt und entsprechend der Jahreszeit eingefärbt. Wie man sieht, entsteht eine sehr homogene Bedeckung kompakten Zinkoxids auch entlang komplexer Elektrodenstrukturen. Für solche Prozesse und Materialien interessieren wir uns, da Zinkoxid ein geeignetes Halbleitermaterial in elektronischen Bauelementen und als leitfähiges Fenster- und Kontaktmaterial sowie als sensibilisierter Halbleiter in photovoltaischen Zellen ist. Elektrochemisch getriggertes Wachstum stellt einen interessanten alternativen Prozess zu etablierter Materialpräparation aus Vakuumprozessen oder chemisch aus Lösung dar. Elektrochemische Kontrolle ermöglicht genaue Steuerung der Filmeigenschaften, aber erfordert auch eine recht tiefgehende Modellierung, um die Prozesse weiter entwickeln und für eine technische Nutzung attraktiv gestalten zu können.

(Bild eingereicht von Christian Lupo und Prof. Dr. Derck Schlettwein, Institut für Angewandte Physik)

Bild des Monats Mai 2014

Änderung der Elektronendichte durch eine Sauerstoff-Fehlstelle in Zinndioxid.

Die Abbildung zeigt, wie eine Sauerstoff-Fehlstelle in Zinndioxid die Elektronendichte ändert, wobei die Stäbe die Bindungen im Zinndioxidkristall andeuten sollen (Zinn ist hier grau, Sauerstoff rot gezeichnet). Für die dargestellte Zelle wurde mit Dichtefunktionaltheorie (Density Functional Theory, DFT) die Elektronendichte für den perfekten Kristall und für die Struktur mit Sauerstoff-Fehlstelle berechnet. Die Differenz dieser beiden Dichten ist ein Maß dafür, wie die Anwesenheit der Fehlstelle die elektronische Struktur des Kristalls und die lokale Ladungsverteilung verändert, was wiederum makroskopische Eigenschaften wie die elektrische Leitfähigkeit des Materials bestimmt. Blaue Flächen zeigen Bereiche an, in denen sich in der Struktur mit Fehlstelle weniger Elektronendichte befindet als in der idealen Struktur, während in rot solche Bereiche markiert sind, in denen der Defekt die Dichte erhöht. Die Struktur wird unter Verwendung periodischer Randbedingungen beschrieben, die Fehlstelle selbst befindet sich unten links im Zentrum der blauen Kugel.

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

Bild des Monats Juni 2014

Rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen unterschiedlicher Au-Nanopartikelanordnungen.

Die vier rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigen unterschiedliche Au-Nanopartikelanordnungen. Zur Herstellung: Zunächst wurden in die auf einem Si-Wafer aufgebrachte PMMA-Schicht (PMMA: Polymethylmethacrylat) mittels Elektronenstrahlithografie Resistvertiefungen lithografiert. In dieses Array ordnen sich die ca. 250 nm großen Au-Nanopartikel im Rahmen eines Selbstorganisationsprozesses an. Hierbei wird die wässrige Nanopartikellösung zwischen der strukturierten Substratoberfläche und einer planparallelen, motorbetriebenen Glasplatte deponiert. Durch das kontrollierte und langsame Zurückziehen der Glasplatte werden der Flüssigkeitstropfen und die darin enthaltenen Nanopartikel solange über die Substratoberfläche geführt, bis diese durch die Meniskuskraft in die vorhergesehenen Resistvertiefungen befördert werden. Die Anzahl und die Orientierungen der Nanopartikel innerhalb der hergestellten Cluster wird durch die Größe und die Gestalt der Resistvertiefungen festgelegt.

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

Bild des Monats Juli 2014

Diamond wires were prepared inside multi-walled carbon nanotubes by thermal annealing of diamantane-4,9- dicarboxylic acid under a hydrogen atmosphere. The picture shows the filling of diamantane-4,9-dicarboxylic acid into open-capped double-wall carbon nanotubes, thermal annealing in hydrogen atmosphere, and conversion into diamond nanowires (golden structures). For details please go to: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201209192/abstract

Durch Einbringen von Diamanten-4,9-dicarbonsäure (große Strukturen) in mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Erwärmen in Wasserstoffatmosphäre bilden sich “Diamantkabel” (goldfarben), eine neue Kohlenstoffmodifikation bzw. Diamantmorphie. Details finden sich hierzu unter: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201209192/abstract.

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

Bild des Monats August 2014

Graphit als Elektrodenmaterial in Natriumionen-Batterien

Entgegen der allgemeinen Ansicht kann Graphit als Elektrodenmaterial in Natriumionen-Batterien eingesetzt werden, indem man die Bildung ternärer Graphit-Interkalationsverbindungen ausnutzt. Die wichtigsten Merkmale dieser Elektrodenreaktion sind die geringen irreversiblen Kapazitäten, niedrige Überspannungen und die gute Zyklisierbarkeit. Mit einer Kapazität nahe 100 mAh/g ist diese Zellreaktion vielversprechend für stationäre elektrochemische Energiespeicherung.

Details finden sich hierzu unter: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201403734

(Bild eingereicht von Birte Jache, AG Prof. Dr. Jürgen Janek/Dr. Philipp Adelhelm)

Bild des Monats September 2014

Rekonstruktion einer elektrochemisch geätzten Wolfram Spitze

Für eine umfassende quantitative Beschreibung der Spitze-Probe Wechselwirkung in der Rasterkraftmikroskopie ist genaue Kenntnis der Spitzenstruktur erforderlich. Mittels der Feldionenmikroskopie ist es möglich, die Spitzenstruktur von leitenden Rasterkraftmikroskopie- Spitzen zu bestimmen. Das Bild des Monats September 2014 zeigt die Rekonstruktion einer elektrochemisch geätzten Wolfram Spitze auf atomarer Ebene.

(Bild eingereicht von Sören Zint, AG Prof. Dr. André Schirmeisen)

Bild des Monats Oktober 2014

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (REM) eines Ge-dotierten GaN Nanodrahtes

Mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie ist es möglich, hochkristalline Gruppe III-Nitrid Nanodraht-Heterostrukturen herzustellen. Neben dem herkömmlichen Dotieren von GaN mittels Si hat sich Ge als herausragender n-Typ Donator in diesem Material erwiesen. Im Gegensatz zur Verwendung von Si ist es mit Ge möglich, Dotierkonzentrationen bis in den Bereich von 10²⁰ cm^-3 zu realisieren.

Das Bild des Monats zeigt die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (REM) eines Ge-dotierten GaN Nanodrahtes. Dieser ist in drei, durch AlN-Barrieren getrennte (dunkle Bereiche), etwa 400 nm lange Abschnitte mit unterschiedlicher Ge-Konzentration unterteilt. Jeder dieser GaN-Bereiche wurde homogen dotiert, wobei die Dotierkonzentration über drei Größenordnungen (10¹⁸ cm^-3 bis 10²⁰ cm^-3) variiert wurde. Die Variation in der Austrittsarbeit, aufgrund der erfolgten Dotierung, wird durch Kontrastunterschiede (höhere Dotierung hat einen helleren Kontrast) im REM-Bild sichtbar.

(Bild eingereicht von der AG Prof. Dr. Martin Eickhoff)

Bild des Monats November 2014

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Hybrid-Materials aus LiMnPO₄-Nanopartikeln und leitfähigen Kohlenstoff-Fasern. Durchmesser ca. 500nm

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

Bild des Monats Dezember 2014

Beim Untersuchen von isolierenden Proben oder Proben auf isolierenden Substraten, ist es möglich, dass sich lokal genug Ladung in der Probe aufbaut, um als „sphärischer Spiegel“ für die Elektronen des primären Elektronenstrahls zu fungieren. In solchen Fällen sieht man Teile der Oberseite der Kammer im Rasterbild.

Hier wurde eine LIPON-Schicht auf isolierendem Saphir als Substrat untersucht. Unmittelbar vor Aufnahme dieses Bildes, bei einer Beschleunigungsspannung von nur 2 kV, wurden EDX-Messungen bei Beschleunigungsspannungen von 20 kV durchgeführt, die zu einer lokalen Aufladung geführt haben. Diese Aufladung war offensichtlich stark genug, um den primären Elektronenstrahl, nach Heruntersetzen auf eine Beschleunigungsspannung von 2 kV, zur Kammeroberseite abzulenken.

(Bild eingereicht von Dr. Klaus Peppler, AG Prof. Dr. Jürgen Janek, und Dr. Achim Kronenberger, AG Prof. Dr. Bruno K. Meyer)