Lasergestützte Atomsondentomographie keramischer Materialien

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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 Verdampfungsei genschaften von Materialien mit kovalenten Bindungsanteilen zurückzufuhren. 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 lonenleitern 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.