Dynamische Atom-Atom-Interaktionen untersuchen

Elektronenmikroskopie und Video Dynamische Atom-Atom-Interaktionen untersuchen

13.07.2022 Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

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Die dynamische Anordnung von Metallatomen können Forscher mit einer ausgeklügelten Kombination aus einem Rasterelektronenmikroskop und videobasiertem Tracking beobachten. Damit eröffnen sich neue Anwendungen für kurzlebige Strukturen.

Metallstruktruen beobachten: Forscher aus Japan untersuchen dynamische Atom-Atom-Strukturen mit Elektronenmikroskopie und Video.(Bild: (c) flashmovie - stock.adobe.com) — Metallstruktruen beobachten: Forscher aus Japan untersuchen dynamische Atom-Atom-Strukturen mit Elektronenmikroskopie und Video.
(Bild: (c) flashmovie - stock.adobe.com)

Chemie ist die Lehre von der Bildung (oder Dissoziation) von Bindungen zwischen Atomen. Mit dem gewonnenen Wissen über chemische Bindungen ist nicht nur in der Chemie wichtig, sondern auch in der Werkstoffkunde.

Allerdings beschränkt sich die traditionelle Chemie weitgehend auf die Untersuchung stabiler Verbindungen. Dem dynamischen Aufbau von Verbindungen zwischen Atomen während einer chemischen Reaktion wurde wenig Aufmerksamkeit geschenkt.

Dynamische Bindungen untersuchen

Dank der rechnergestützten Chemie gewinnen dynamische, kurzlebige Strukturen zunehmend an Bedeutung. Damit sind Forscher in der Lage, dynamische Bindungen zwischen Atomen experimentell zu beobachten und zu charakterisieren.

Jetzt hat ein japanisches Forscher-Team des Tokyo Institute of Technology eine Kombination aus Videoverfolgung und einer Technik namens „ringförmige Dunkelfeld-Rastertransmissionselektronenmikroskopie“ (ADF-STEM), um Aufnahmen von verschiedenen Metallatomen zu erstellen, die miteinander wechselwirken.

Mögliche Materialschäden erkennen

Auf diese Weise konnten sie direkt die transienten Strukturen beobachten, die sich aus der Verbindung zweier ähnlicher Atome (homo-metallische Dimere), zweier unterschiedlicher Atome (hetero-metallische Dimere) und dreier unterschiedlicher Atome (hetero-metallische Trimere) ergeben.

„Die Atome ließen sich durch Echtzeitverfolgung der sich bewegenden Atome identifizieren, während ADF-STEM die Atome unter Elektronendosis ermöglicht. Dadurch konnten wir hohe Stromdichten vermeiden, die typischerweise für die Einzelatomanalyse erforderlich sind und zu Materialschäden führen können", erklärt Dr. Imaoka vom Tokyo Institute of Technology.

„Obwohl unsere Schnappschüsse nicht perfekt mit den durch theoretische Berechnungen vorhergesagten Strukturen übereinstimmen, stimmen die durchschnittlichen Bindungslängen zwischen den Elementen in den beobachteten Strukturen gut mit den Berechnungen überein“, sagt Dr. Imaoka.

Die gewonnenen Ergebnisse könnten die Nanowissenschaft verändern, wenn es darum geht, Metallcluster und Subnanopartikel zu charakterisieren.

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Stand: 08.12.2025

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