Forschungspraktika Lehramt Chemie

Thema 1

Atomar aufgelöste Raster-Transmissionselektronenmikroskopie (STEM)

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Knut Müller-Caspary (k.mueller-caspary@cup.lmu.de)

Beschreibung:

Moderne Transmissionselektronenmikroskope (TEM) wie das Titan Themis in der Physikalischen Chemie der LMU erreichen eine Ortsauflösung unter 100 Pikometern und erlauben damit atomar aufgelöste Aufnahmen von Nanostrukturen. Zusätzlich ist das Gerät mit Röntgen- und Elektronenspektrometern ausgerüstet, was sowohl die strukturelle, als auch die umfassende chemische Charakterisierung von Proben erlaubt.

Unter Betreuung lernen Sie, grundlegende Justagen am Mikroskop selbst durchzuführen, um danach selbständig atomar aufgelöste Daten kristalliner Proben aufzunehmen. Diese haben einen jeweils aktuellen Bezug zur Forschung im Arbeitskreis Müller-Caspary, stellen z.B. Nanodrähte, 2D Materialien, Halbleiterheterostrukturen aus dem Bereich der Optoelektronik oder katalytisch aktive Nanopartikel dar. Sogenannte Z-Kontrast Bilder mit atomarer Auflösung dienen Ihnen dazu, mittels vorhandener Auswertesoftware Verzerrungen des Kristallgitters zu vermessen. Diese sind für Mischkristalle charakteristisch und hängen empfindlich von der lokalen chemischen Zusammensetzung ab, weshalb Sie Ihre Ergebnisse mit Resultaten der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX) vergleichen und interpretieren.

Thema 2

3D Rekonstruktion von Nanopartikeln mittels Elektronentomographie

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Knut Müller-Caspary (k.mueller-caspary@cup.lmu.de)

Beschreibung:

Im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) werden Proben mit hochenergetischen Elektronen entlang einer durch die optische Achse des Mikroskops vorgegebenen Richtung durchstrahlt. Die Aufnahmen entsprechen in guter Näherung einer Projektion der Probe entlang der Durchstrahl­rich­tung, mit anderen Worten: eine Einzelaufnahme enthält keine Information entlang der Einfallsrichtung der Elektronen, man erhält die 2D Projektion eines 3D Objektes. Mittels Elektronentomographie ist es möglich, die untersuchte Probe in 3D zu rekonstruieren, indem statt einer Einzelaufnahme eine Bildserie verwendet wird. In dieser wird die Probe um eine Achse rotiert und daher aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt.

In diesem Praktikum lernen Sie unter Betreuung, wie das Mikroskop für die Aufnahme von Kippserien von Nano­partikeln zu justieren ist. Sie nehmen dann Bildserien auf und rekonstruieren danach die 3D Gestalt der Partikel mittels vorhandener Rekon­struk­tionssoftware. Dabei lernen Sie außerdem das Verfahren der Rück­pro­jek­tion kennen. Die Proben selbst stammen aus aktu­ellen Forschungsprojekten, z.B. handelt es sich um Halbleiter-Nanodrähte oder Mesokristalle von Kooperationspartnern der Geologie, die aus einer periodischen Anordnung facettierter Nanokristallite bestehen.