Was ist die Atomsonde?
Die Atomsonde ist ein Mikroskop mit Auflösungsfunktionen zum Betrachten und Analysieren von Objekten in atomarer Größe. Insbesondere wird auf dem Gebiet der Materialwissenschaften eine Atomsonde verwendet, eine Disziplin, die die verschiedenen Eigenschaften der Materie auf andere Wissenschaften und die Maschinenbauindustrie anwendet. Mit dem Gerät können Wissenschaftler die Molekülstruktur auf atomarer Ebene untersuchen und die makroskopischen Eigenschaften der Materialien bestimmen. Angewandte Physik, Chemie, Nanowissenschaften und Forensik nutzen das Instrument, um Merkmale der für die Forschung erforderlichen Komponenten zu identifizieren.
Eine der wichtigsten Facetten des Rastersondenmikroskops ist die Verwendung der Flugzeit-Spektroskopie-Technologie. Diese Technik misst den Zeitrahmen, in dem ein Atom oder andere Objekte durch ein bestimmtes Medium wandern. Es kann auch bei verschiedenen Energieereignissen wie elektromagnetischen Wellen verwendet werden. Der Zweck besteht darin, die Geschwindigkeit oder Länge des Weges zu bestimmen und die Strömungsrate eines Teilchens oder anderer Phänomene zu bestimmen. Grundsätzlich werden die Ionen in einem Medium durch ein elektrisches Feld beschleunigt, das kinetische Energie messen und die Geschwindigkeit ermitteln kann.
Feldionenmikroskopie wird auch in der Atomsonde als Analysetechnik verwendet. Dies identifiziert das Bild und die Zusammensetzung von Atomen innerhalb der Oberfläche der scharfen Metallspitze eines Objekts. Der Radius muss kleiner als 50 Nanometer sein und sich in einer Vakuumkammer mit extrem niedrigen Drücken befinden. Ein bildgebendes Gas wie Helium oder Neon wird eingeführt, während sich Tieftemperaturen einstellen. Nachdem ein elektrisches Feld angelegt wurde, werden die Ionen positiv geladen und vergrößern die Zusammensetzung der Spitze.
Eine der fortschrittlichsten Formen dieser Technologie ist die Atomsondentomographie. Dabei werden mit einem positionsempfindlichen Detektor dreidimensionale Bilder erzeugt. Diese Verbesserung der Technik unter Verwendung von Laserpulsen kann genutzt werden, um die Komponenten anderer Materialien als Metalle zu betrachten. Bestimmte Halbleitermaterialien wie Silizium oder andere isolierende Materialien können mit dieser Methode der Atomsondentechnologie analysiert werden.
Die Atomsonde wurde 1967 in erster Linie vom deutschen Physiker Erwin Wilhelm Müller entworfen. Weitere Wissenschaftler wie JA Panitz und S. Brooks McLane erweiterten das Konzept zu dieser Zeit. Erst mit der Kommerzialisierung der lasergepulsten Atomsonde im Jahr 2005 setzte sich die Technologie in den Materialwissenschaften durch.