Materialwissenschaft So machen Forscher Millionen einzelne Atome sichtbar
Eine der weltweit leistungsfähigsten Anlagen für diese Anwendung arbeitet an der RUB.
Einzelne Atome, selbst so kleine wie das Wasserstoffatom, kann ein neues Gerät an der RUB sichtbar machen. Die Anschaffung des Messinstruments bewilligten der Bund und das Land Nordrhein-Westfalen zusammen mit dem neuen Forschungsbau ZGH, kurz für Zentrum für grenzflächendominierte Höchstleistungswerkstoffe. Auch wenn das ZGH noch nicht fertig gebaut ist, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Betrieb mit dem Messinstrument bereits aufgenommen, vorerst beheimatet in den Räumen des Instituts für Werkstoffe im Gebäude IC.
Das Verfahren nennt sich Atomsondentomografie, das Messgerät wird als „Local Electrode Atom Probe“ bezeichnet. Es kann einzelne Atome aller chemischen Elemente identifizieren und ihre dreidimensionale Position im Material bestimmen. Besonders interessant ist das Gerät, um komplex zusammengesetzte und strukturierte Materialien zu untersuchen. Es kann detailgetreu abbilden, wie die einzelnen enthaltenen Elemente auf atomarer Ebene verteilt sind.
Das von der RUB angeschaffte Atom-Probe-Modell „LEAP 5000 XR“ ist derzeit das leistungsstärkste für diese Anwendung. In ganz Deutschland gibt es überhaupt nur zwei Geräte dieser Baureihe, das andere steht am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf.
Interessant für Hochleistungslegierungen
Dr. Yujiao Li nutzt das Verfahren am ZGH, um die Mikrostruktur von Materialien zu charakterisieren, ihre Eigenschaften zu verstehen und so letztendlich neue Werkstoffe zu entwickeln. Sie kann mit dem Gerät beobachten, wie sich die Elementverteilung in einer Probe verändert, nachdem diese hohen Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius ausgesetzt war.
Die Wissenschaftlerin interessiert sich besonders dafür, wie sich bestimmte Bereiche der untersuchten Probe unterscheiden und was an der Grenzfläche zwischen diesen Bereichen passiert. Mit der Technik macht sie die Konzentration jedes einzelnen Elements in einer metallischen Phase sichtbar. Als Expertin für das Messverfahren kam Yujiao Li im Juli 2016 an die RUB. Die ersten Publikationen mit Daten der „Atom Probe“ stehen kurz bevor.
Das Team am ZGH analysiert mit der Atomsondentomografie unter anderem Materialien, die aus mehreren Schichten bestehen und für Energiesysteme der Zukunft interessant sein könnten.
