Neues Ausstattungshighlight in der Physikalischen Analytik: Das Leibniz-IWT ist jetzt mit einer neuen kryogenen LEAP 5000 XR tomographischen Atomsonde von CAMECA ausgestattet. Mithilfe von Spannungs- und Laserimpulsen kann mit dieser Technik die Verteilung von Atomen in verschiedenen Materialien dreidimensional abgebildet werden, was die Untersuchung von bisher unbekannten Mechanismen ermöglicht, die auf atomarer Ebene ablaufen. Für die äußerst empfindlichen Proben, die Schutzatmosphären und/oder kryogene Bedingungen erfordern, steht dabei ein kryogenes Hochvakuum-Transfermodul zur Verfügung. Damit können nun völlig neue Fragestellungen (z.B. an Wasserstoffanalysen oder gefrorene Flüssigkeiten etc.) adressiert werden.

Die Atomsondentomografie (APT) ist die einzige Charakterisierungstechnik auf atomarer Ebene, die in der Lage ist, dreidimensionale-Informationen über die atomare Struktur zu generieren und Messungen der chemischen Zusammensetzung mit einer Empfindlichkeit im ppm-Bereich (parts per million) für alle Elemente, einschließlich leichter Elemente, wie z.B. Wasserstoff, zu liefern.

Sie basiert auf der Physik der Feldverdampfung, die auf nadelförmige Proben mit einem Krümmungsradius von weniger als 100 nm angewendet wird. Die verdampften Oberflächenionen werden auf einen zeitaufgelösten und hochempfindlichen 2D-Detektor projiziert, der mit einem Flugzeit-Massenspektrometer gekoppelt ist. Die gewonnenen Datensätze enthalten in der Regel mehrere zehn Millionen Atome und werden in eine repräsentative 3D-Rekonstruktion der feldverdampften nadelförmigen Probe umgewandelt. Die so erhaltene 3D-Zusammensetzung mit einer räumlichen Auflösung im Subnanometerbereich ermöglicht eine präzise Analyse lokaler chemischer Heterogenitäten, die mit mikrostrukturellen Eigenschaften und Defekten (Versetzungen, Stapelfehler und Zwillinge, Korngrenzen, Sekundärphasen und Phasengrenzen) zusammenhängen.

Das am Leibniz-IWT installierte High-End-Gerät LEAP 5000 XR ist in der Lage, die meisten Materialklassen zu analysieren: von komplexen metallischen Legierungen, dünnen Schichten, mineralogischen Proben bis hin zu Keramiken und vielem mehr, dank der zwei verschiedenen Betriebsmodi, die entweder Spannungs- oder Laserpulse verwenden. Dies ist insbesondere für die Zusammenarbeit des Leibniz-IWT im Rahmen des interdisziplinären MAPEX Center for Materials and Processes an der Universität Bremen von Bedeutung.

Eine weitere Besonderheit der Anlage ist das Hochvakuum-Kryo-Transfermodul, das chemische und strukturelle Veränderungen während des Probentransfers nach der Präparation im fokussierten Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskop (FIB-REM) zur Atomsonde verhindert. Dadurch können neue physikalische Fragestellungen an oxidationsempfindlichen oder spröden Materialien untersucht werden. Zudem kann auch Forschungsfragen nachgegangen werden, bei denen die Unterdrückung von Diffusionsvorgänge bei Umgebungsbedingungen erforderlich ist. Dies ist von besonderem Interesse für die zukünftige Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der wasserstoffbasierten Technologien und verwandter Themen am Leibniz-IWT. Das Institut dankt in diesem Zusammenhang dem Land Bremen für die Unterstützung.