Elektromagnetische Feldabbildung

Kartierung elektromagnetischer Felder

Phasenkontrasttechniken wie die außeraxiale Elektronenholografie können zur Messung funktioneller Eigenschaften von Materialien im Nanomaßstab eingesetzt werden, z. B. der magnetischen Induktion und des elektrostatischen Potenzials. Diese Messungen können genutzt werden, um Informationen über lokale Variationen der Magnetisierung und Ladungsdichte zu erhalten.

Die Gruppe wendet die außeraxiale Elektronenholographie auf eine Vielzahl von Materialien an und entwickelt neue Methoden, die auf Phasenverschiebung beruhen, darunter auch Konzepte, die auf geformten Elektronenstrahlen basieren.

Die experimentellen Arbeiten werden mit aberrationskorrigierten Elektronenmikroskopen, dem Cs-korrigierten FEI Titan Holo und dem Cc- und Cs-korrigierten FEI Titan PICO durchgeführt. Das FEI Titan Holo Mikroskop ist mit einer hochempfindlichen und schnellen Gatan K2 IS Kamera zur direkten Elektronendetektion ausgestattet, während das FEI Titan PICO Mikroskop mit einer Gatan OneView Kamera ausgestattet ist.

In-situ-Experimente werden durchgeführt, um Schaltvorgänge in Abhängigkeit von externen Einflüssen wie Temperatur, Magnetfeld und elektrischer Vorspannung zu untersuchen.

Quantitative hochauflösende Kartierung der magnetischen Eigenschaften von Skyrmionen des Bloch-Typs in FeGe vom Typ B20. Skyrmionen sind nanoskalige wirbelartige Spinstrukturen, die in chiralen Magneten, magnetischen Dünnschichten und Heusler-Legierungen stabilisiert werden. Die Bilder zeigen die magnetische Phasenverschiebung (M) eines Skyrmionengitters, die mit Hilfe der außeraxialen Elektronenholographie in Gegenwart eines extern angelegten Magnetfelds von 100 mT bei 200 K gemessen wurde. Durch Hinzufügen von Konturen und Farben kann eine magnetische Induktionskarte (Bxy) mit einem Konturabstand von 2π/64=0,098 Radiant erstellt werden. Das experimentelle Phasenbild wurde zur Berechnung der projizierten Magnetisierung in der Ebene (Mxy) unter Verwendung eines iterativen modellbasierten Rekonstruktionsalgorithmus verwendet. Mxy wird in Einheiten von kA/m und in Form einer farbkodierten Vektorkarte der wiederhergestellten projizierten Magnetisierung eines einzelnen Bloch-Skyrmions dargestellt.

Zu den aktuellen Forschungsthemen gehören:

• Projizierte elektrostatische Potentiale und Ladungsdichten in nadelförmigen Proben;
• Magnetische Felder von Skyrmionen in chiralen Magneten und dünnen Filmen;
• Komplementäre Messungen von magnetischen Signalen innerhalb und außerhalb der Ebene mit Hilfe des elektronenmagnetischen Zirkulardichroismus (EMCD) und der außeraxialen Elektronenholographie;
• Magnetische Mikrostrukturen und Domänenwandbreiten in Weich- und Hartmagneten und magnetischen Hochentropie-Legierungen;
• Ultraschnelle tomographische Elektronenholographie;
• Elektronenholographie mit Doppelbelichtung;
• Mikrowellen-unterstützte dynamische Hochfrequenzprozesse;
• Dehnungsmessungen in funktionellen Oxiden mittels Dunkelfeld-Elektronenholographie;
• Abstimmbare Phasenplatten und Elektronenwirbelstrahlgeneratoren;
• Orbitaler Drehimpuls von Elektronenwellenfronten.

Kontakt

Dr. András Kovacs
Phone: +49 2461 61-9276
e-Mail: a.kovacs@fz-juelich.de