Themen für Abschlussarbeiten in der Arbeitsgruppe Elektronenmikroskopie

Auf dieser Website sind ein paar Vorschläge für Bachelor- und Masterarbeiten zu finden. Abschlussarbeiten müssen sich jedoch nicht nur auf diese Themen beschränken.

Detektorgeometrien für die Rastertransmissionselektronenmikroskopie

(Thema für eine Bachelor- oder Masterarbeit)

Teilt man den Detektor eines Rastertransmissionselektronenmikroskops in Segmente auf, so lassen sich viele Signale gleichzeitig aufnehmen. Die Verknüpfung der, von den unterschiedlichen Detektorsegmenten stammenden, Signale ermöglicht neuartige Abbildungsmodi. So können z.B. magnetische und elektrische Felder in der untersuchten Probe gemessen werden.

Stemdetector 2 1
a) Schematische Darstellung des Detektorbereichs im Rastertransmissionselektronenmikroskop. b) Einige mögliche Detektorgeometrien [1].
© A. Lubk et al.

Die Geometrie des Detektors und die Verarbeitung der gemessenen Signale haben außerdem Einfluss auf die erreichbare Auflösung und auf das Signal-Rausch-Verhältnis der Aufnahme.  Im Zuge dieser Arbeit soll daher der Frage nachgegangen werden, wie sich die Detektorgeometrie auf Auflösung und Signal-Rausch-Verhältnis der elektronenmikroskopischen Abbildung auswirkt.

[1] A. Lubk und J. Zweck, Physical Review A 91 (2015) 023805 (zum Artikel [en])

Ansprechpartner: Stephan Majert, IG 1 Raum 319 Tel.: +49 251 83-33667

Untersuchung von 2D-Materialien im Transmissionselektronenmikroskop

(Thema für eine Bachelor- oder Masterarbeit)

2D-Materialien sind seit der Entdeckung von Graphen (Nobelpreis 2010) im Fokus der Forschung. Im Vergleich zu Festkörpern (3D-Materialien) weisen 2D-Materialien besondere Eigenschaften auf, die es genauer zu untersuchen gilt.


Neben der Licht- und der Rastersondenmikroskopie, steht mit der Elektronenmikroskopie ein Werkzeug zur Verfügung, das dabei helfen kann, Struktur und elektronische Eigenschaften der 2D-Materialien zu untersuchen. Neben der sehr hohen lateralen Auflösung, die zur genaueren Betrachtung der atomaren Struktur dient, können spektroskopische Methoden verwendet werden, um z.B. die Einflüsse von Verunreinigungen auf den Oberflächen genauer zu ergründen.

WSe2
Mikroskopische Abbildungen von Wolframdiselenid. Links ist ein mit dem Lichtmikroskop aufgenommenes Übersichtsbild zu sehen. Rechts wird eine Aufnahme mit dem Transmissionselektronenmikroskop gezeigt.
© M. Entrup et al.

In Zusammenarbeit mit der AG Bratschitsch sollen spezielle Fragestellungen zu 2D-Materialien, wie GaSe und WSe2, untersucht werden.

Ansprechpartner: Julian Sickel, IG 1 Raum 324 Tel.: +49 251 83-33663

Einfluss relativistischer Effekte auf EMCD

(Thema für eine Masterarbeit)

Der Begriff "Zirkular magnetischer Röntgendichroismus" (XMCD) bezeichnet den Umstand, dass links- und rechtszirkular polarisierte Röntgenstrahlung an einem Atom mit magnetischem Moment unterschiedlich stark absorbiert werden. Der hierzu analoge Effekt mit Elektronen statt Röntgenstrahlung wird "Elektronenenergieverlust magnetisch chiraler Dichroismus" (EMCD) genannt. EMCD wurde 2006 zum ersten mal nachgewiesen und ist ein vielversprechendes, neues Konzept zur Untersuchung magnetischer Nanostrukturen.

Gemessenes (a) und simuliertes (b) Elektronenenergieverlustspektrum an zwei speziellen Positionen im Beugungsbild ("+" und "-"). Der Unterschied zwischen den beiden Spektren ist auf EMCD zurückzuführen (mehr Informationen in [1]).
© Schattschneider et al.

Bisherige theoretische Betrachtungen von EMCD vernachlässigen relativistische Effekte, die bei den hohen Geschwindigkeiten der zur Messung verwendeten Elektronen möglicherweise eine Rolle spielen. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss dieser Effekte auf EMCD-Messungen abzuschätzen.

[1] P. Schattschneider et al., Nature 441 (2006) 486-488 (zum Artikel)

Ansprechpartner: Stephan Majert, IG 1 Raum 319 Tel.: +49 251 83-33667

Abbildungscharakteristik eines neuartigen DPC-Detektors

(Thema für eine Bachelorarbeit)

Beim Differentiellen Phasenkontrast (DPC) handelt es sich um einen Abbildungsmodus im Rastertransmissionselektronenmikroskop, bei dem die Ablenkung des Elektronenstrahls durch die Probe gemessen wird. Normalerweise wird DPC durch die Verwendung segmentierter Detektoren realisiert.

Eine neue Idee [1] ist, anstelle eines Segmentdetektors eine positionsempfindliche Diode (PSD) als Detektor für DPC-Messungen zu verwenden. Ein PSD-Detektor ist zwar weniger flexibel als ein Segmentdetektor, dafür aber kostengünstiger und möglicherweise auch die bessere Wahl zum Betreiben von DPC.

Schematische Darstellung eines PSD-DPC-Detektors. Die Verschiebung des Elektronenstrahls wird über die Signaldifferenzen an den gegenüberliegenden Elektroden ermittelt [1].
© Schwarzhuber et al.

Um herauszufinden, wie sich ein PSD-Detektor im Vergleich zu einem segmentierten Detektor schlägt, sollen die Kontrastübertragungscharakteristiken beider Detektoren berechnet und verglichen werden.

[1] F. Schwarzhuber et al., Proceedings der Microscopy Conference (MC) 2017, S.416-417 (zu den Proceedings)

Ansprechpartner: Stephan Majert, IG 1 Raum 319 Tel.: +49 251 83-33667

Experimente zur Ausbreitung von zeitabhängigen Signalen auf Leitern

(Thema für eine Bachelorarbeit für Zwei-Fach Bachelor)

Bei der Ausbreitung von zeitabhängigen Signalen auf (langen) Leitungen kann eine Vielzahl von Phänomenen auftreten:

  • Laufzeiteffekte
  • Reflexion am offenen oder geschlossenen Ende
  • stehende Wellen
  • Dämpfung

Diese haben eine große praktische Bedeutung. Beispielsweise begrenzt die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung die Übertragungsrate bei DSL-Anschlüssen.
Ergänzend zu bereits existierenden Versuchen wie z.B. der Lecher-Leitung sollen Vorlesungsexperimente entwickelt werden, anhand derer die verschiedenen Effekte, die sich jeweils aus der Lösung der Telegrafengleichung ergeben, anschaulich vorgeführt werden können.

Signale 2 1
Versuchsaufbau zur Bestimmung der Dämpfung hochfrequenter Signale auf langen Leitungen.
© M. Entrup

Ansprechpartner: Prof. Dr. Helmut Kohl, IG 1 Raum 323 Tel.: +49 251 83-33640