Atomsonde für die Abbildung von Wasserstoff - Laserpuls und Detektorupgrade

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516600907

APT wird in großem Umfang zur Untersuchung einer Reihe von hochfesten Werkstoffen, Halbleitermaterialien und Oxiden eingesetzt. Sie eignet sich in einzigartiger Weise für die Abbildung und Analyse aller chemischen Elemente in einer Probe mit gleicher Empfindlichkeit. An der FAU sind wir bestrebt, auf dem Gebiet der Atomsondentomographie führend zu sein. Dazu gehören selbst entwickelte Systeme mit besonderen Fähigkeiten. Bis vor kurzem schloss die APT die Abbildung und Analyse von Wasserstoff wegen der Kontamination durch die verwendeten Edelstahlkammern aus. Zu den eigens entwickelten Systemen gehört deshalb ein Instrument mit Innenbauteilen und Kammer aus Titan, das einen extrem niedrigen Hintergrund für den direkten Nachweis von Wasserstoff bietet. Dieses Instrument ist das erste und derzeit einzige weltweit, das dies erreicht. Es ermöglicht die Abbildung und Analyse aller chemischen Elemente mit gleicher Empfindlichkeit. Dies ist besonders wichtig für die Erforschung von Materialien für die Wasserstoffwirtschaft. In diesem Antrag geht es um die Aufrüstung dieses APT Systems zu einem laserunterstützten Instrument mit einem geeigneten digitalen Front-End-Detektor. Dies wird mehreren Zwecken dienen. Erstens wird es die Analyse von Wasserstoff in nichtleitenden Materialien ermöglichen und die Datenausbeute bei leitenden Proben erheblich steigern. Zweitens wird es die Detektionseffizienz von korrelierten Hits verbessern, die besonders in der lasergestützten APT häufig vorkommen, und somit die Analysegenauigkeit erhöhen. Drittens wird es uns in die Lage versetzen, nichtleitende Materialien mit hoher Detektionseffizienz (> 80 % aller Atome) zu analysieren, ergänzend zu unserem bestehenden Instrument, das eine Detektionseffizienz von < 40 % bietet bei hoher Massenauflösung. Das Upgrade besteht aus: (i) einem Deep-UV-fs-Laser mit einer Mindestwellenlänge von < 300 nm, einer Pulsenergie von > 1000 pJ und einer Pulswiederholungsrate von > 200 kHz, einschließlich einer Optik zur beugungsbegrenzten Fokussierung und Spotpositionierung. (ii) Ein Delayline-Detektor (Detektorkopf, Hochspannungsnetzteil und Vorverstärker) mit mindestens einer redundanten Delayline und direkter Digitalisierung mit ≥ 2,5 GSa/s/ch auf mindestens ein Kanal pro Delayline-Endpunkt. Das hier beantragte Atomsondenlaser-Upgrade wird in einem breiten Forschungsumfeld der Materialforschung an der FAU eingesetzt. Ausgangspunkt ist das Institut für Allgemeine Werkstoffeigenschaften (WW1), wo die Möglichkeiten der Atomsonde in verschiedenen Bereichen (z.B. Leichtbaumaterialien, Katalyse, Partikeltechnologie) und gemeinsam mit unseren Kooperationspartnern sehr gewinnbringend eingesetzt werden. Das Atomsonden-Upgrade wird auch weiterhin die Forschung an wichtigen FAU-Instituten bereichern, wie z.B. dem Zentralinstitut für Neue Materialien und Prozesstechnik (ZMP) und dem Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg, das sich mit der Materialforschung für erneuerbare Energien beschäftigt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Atomsonde für die Abbildung von Wasserstoff - Laserpuls und Detektorupgrade
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr. Peter Felfer, Ph.D.