Grundlagen der Charakterisierung ferroelektrischer Materialien mittels Elektronenmikroskopie und -holographie

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Die Elektronenholographie hat bislang mit großem Erfolg die der Objektwelle mittels elastischer Wechselwirkung aufgeprägte Struktur des Objekts mit wellenoptischen Methoden analysiert. Hierzu gehören insbesondere die quantitative Darstellung magnetischer und elektrischer Strukturen im Bereich mittlerer Auflösung. Im Bereich höchster Auflösung konnten die kohärenten Aberrationen korrigiert und die Punktauflösung nahezu bis an die Informationsgrenze von etwa 0.1 nm des 300kV-Elektronenmikroskops verbessert werden. Ein wesentlicher Vorteil der Holographie ist dabei die sauber getrennte Darstellung der Objektwelle im Amplituden- und im Phasenbild. Zusätzlich können alle denkbaren wellenoptischen Maßnahmen wie holographische Nanobeugung und Phasenanalyse im Fourierraum - beispielsweise der Streuphasen - durch numerisch-wellenoptische a-posteriori Bildverarbeitung ergriffen werden. Damit ist die vollständige Analyse der durch elastische Wechselwirkung mit dem Objekt strukturierten Objektwelle mittels der Holographie möglich. Mittels der Elektronenmikroskopie und insbesondere der Elektronenholographie sollen nun auch die elektrischen Strukturen von ferroelektrischen Festkörpern i.e. Richtung und Stärke der elektrischen Polarisation möglichst quantitativ analysiert werden. Dazu ist das genaue Verständnis der Wechselwirkung der Strahlelektronen mit den elektrischen Mikrofeldern und ihre Auswirkung auf die Objektaustrittswelle, auf Kontraste und Beugungsbilder unverzichtbar. Es gibt jedoch noch keine theoretische Beschreibung, die dieses Verständnis umfassend vermitteln könnte. Deshalb sollen die Grundlagen für die ferroelektrische Elektronenmikroskopie untersucht werden: - Wechselwirkung der Elektronen mit der elektrischen Sruktur, Beschreibung der Phasenverschiebung der Elektronenwelle, Auswirkung auf Bildkontrast und Elektronenbeugungsmuster. - Elektronenmikroskopie/-holographische Analyse der ferroelektrischen Strukturen von einkristallinen Modellsubstanzen wie BaTiO3, insbesondere der Domänengrenzen für unterschiedliche Kopplung der Polarisationsrichtungen. - Untersuchung von piezoelektrischen dünnen Filmen z.B. aus PZT. - 3D-Modellierung der elektrischen Felder einschließlich der Streufelder in Grenzschichten, ferroelektrischen Domänen und Domänengrenzen.