laser-assisted atom probe tomography of ceramic materials (laser-pulsing TAP)

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Description

Die fortschreitende Miniaturisierung technischer Strukturen erfordert die Material­analyse auf kleinsten Längenskalen. In diesem Gebiet nimmt die Atomsonden­tomographie eine herausragende Stellung ein, da sie es als einzige erlaubt, dreidimen­sionale Karten der Verteilung einzelner Atome innerhalb des Untersuchungs­volumens zu erstellen. Diese Technik ist jedoch bisher wesentlich auf die Untersuchung metallischer Proben beschränkt. Diese Limitierung ist einerseits auf das zugrunde liegende Prinzip der Verdampfung in gepulsten elektrischen Feldern, welches eine gewisse Leitfähigkeit der Proben voraussetzt, und andererseits auf die ungünstigen Verdampfungseigenschaften von Materialien mit kovalenten Bindungsanteilen zurück­zu­führen. In dem vorgeschlagenen Projekt sollen diese Einschränkungen durch den Einsatz gepulster Laserquellen überwunden werden. Als Testobjekte sind Drei-Lagenschichten aus Ferromagnet/Oxid/Ferromagnet, wie sie in modernen Magnetsensoren eingesetzt werden, und Schichten aus oxidischen Ionenleitern und Elektroden, die die Basis einer Feststoffbatterie bilden, vorgesehen. Die Interpretation der Daten soll durch Simulationsrechnungen des Verdampfungs­prozesses abgesichert werden.Im Erfolgsfall würde durch diese Arbeiten das Einsatzgebiet der Atomsonden­tomographie wesentlich erweitert, etwa auf den wichtigen Bereich der Halbleiter­heterostrukturen, so dass die Methode sich zukünftig als Routineverfahren in der Industrie durchsetzten könnte. In der längerfristigen Perspektive ist auch die kontrollierte ortsaufgelöste Analyse von polymeren Materialien bis hin zu Biopolymeren denkbar.