Konstruktion, Bau und Charakterisierung eines Magnet-Proben-Halters für das Elektronen-Mikroskop

Inhaltsangabe:Einleitung:

Die Lorentzmikroskopie stellt ein mächtiges Instrument in der Untersuchung magnetischer Strukturen im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) dar. Um Reaktionen magnetischer Nano-Partikel auf externe Felder (Schaltvorgänge) in-situ beobachten zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Spezial-Probenhalter entwickelt. Mit dessen Hilfe können Proben während der Beobachtung reinen in-plane Magnetfeldern im TEM unterzogen werden und so direkte Reaktionen beobachtet werden.

Gang der Untersuchung:

In der Arbeit wird zuerst eine Einführung über die Funktionsweise eines Elektronenmikroskops gegeben. Anschließend folgt ein kurzer Ausblick auf die relevante Theorie des Magnetismus. Im zweiten Kapitel wird eine herkömmliche Methode zur Erzeugung von Magnetfeldern im TEM charakterisiert. Danach folgt die Beschreibung von der Herstellung und Charakterisierung des neuen Probenhalters. Zum Schluß sind noch erste interessante Experimente erläutert, die die Möglichkeiten des neuen Halters eindrucksvoll präsentieren.

Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:

Problemstellung7

1.Allgemeine theoretische Grundlagen11

1.1Elektronenoptik11

1.1.1Strahlerzeugung11

1.1.2Strahlengang12

1.1.3Lorentzmikroskopie15

1.1.4Linsenfehler18

1.1.5Stigmatoren23

1.2Magnetismus von Permalloy-Nanoteilchen23

1.2.1Energie-Betrachtungen23

1.2.2Formanisotropie und Stoner-Wohlfarth-Theorie25

1.2.3Domänen29

1.2.4Hysterese31

2.Kippmethode33

2.1Vermessung der magnetischen Felder im Mikroskop33

2.1.1Kalibrierung des Hallsensors34

2.1.2Messung der Objektivlinsenfelder35

3.Konstruktion und Bau des Probenhalters39

3.1Vorüberlegungen39

3.2Konstruktion und Entwicklung40

3.3Herstellung41

4.Charakterisierung des neuen Halters45

4.1Feldmessung45

4.1.1Kalibrierung des Hallsensors45

4.1.2Feldmessung im Probenbereich46

4.1.3Feldabhängigkeit in Strahlrichtung49

4.2Feldsimulation50

4.3Halterbetrieb52

4.3.1Steuerprogramm53

4.3.2Bildrückführung im Betrieb53

5.Erste Experimente59

5.1Schalten von Dreiecken59

5.2Ringe62

5.3Ellipsen64

5.3.1Aspektverhältnis 2:164

5.3.2Aspektverhältnis 3:168

5.4Ein magnetischer Frosch70

6.Ausblick73

7.Zusammenfassung75

Abbildungsverzeichnis77

Tabellenverzeichnis79

Literaturverzeichnis81

Danksagung85

Erklärung87