Tarnung aufgeflogen!

Neuartiges Mikroskop macht unsichtbares Bornitrid sichtbar

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Das Summenfrequenzmikroskop lüftet Geheimnisse

Am Fritz-Haber-Institut entwickelte man also kürzlich ein Mikroskop, das einen Trick aus der nichtlinearen Optik nutzt, um dem lichtscheuen h-BN auf die Pelle zu rücken. Bei der sogenannten phasenaufgelösten Summenfrequenzmikroskopie, welche die Innovation nutzt, werden zwei Laserstrahlen kombiniert – einer im mittleren Infrarotbereich und einer im sichtbaren Bereich. Das ergibt dann in der Probe ein sogenanntes Summenfrequenzsignal.

Schematische Darstellung des neu entwickelten SFG-Mikroskops, das am Fritz-Haber-Institut (FHI) jüngst entwickelt wurden und zur Darstellung der Schichten aus hexagonalem Bornitrid (h-BN) verwendet werden kann. Auch dessen Kristallstruktur kann man so auf die Spur kommen.(Bild:  FHI)
Schematische Darstellung des neu entwickelten SFG-Mikroskops, das am Fritz-Haber-Institut (FHI) jüngst entwickelt wurden und zur Darstellung der Schichten aus hexagonalem Bornitrid (h-BN) verwendet werden kann. Auch dessen Kristallstruktur kann man so auf die Spur kommen.
(Bild: FHI)

Durch resonante Anregung beginnt das h-BN-Kristallgitter zu vibrieren und das gemessene Summenfrequenzsignal wird dabei sehr intensiv, sodass nicht nur große Probenflächen von 100 × 100 Quadratmikrometern in weniger als einer Sekunde abgebildet werden können, sondern sogar die Kristallorientierung sichtbar gemacht werden kann. So hat man bei h-BN feststellen können, dass die 2D-Schichten als dreieckige Domänen wachsen und sozusagen Zick-Zack-Kanten aus Stickstoff haben. Das, glauben die Forscher, macht das Material ideal für neuartige optoelektronische Bauelemente.

Kontrastreichere Einblicke als mit AF-Mikroskopen

Das neu entwickelte Mikroskop biete klare Vorteile im Vergleich zu üblichen Untersuchungsmethoden. In erster Linie kann es nun optisch transparente Materialien durch optische Mikroskopie sichtbar machen. Die Mikroskopbilder haben übrigens einen viel höheren Kontrast auf als herkömmliche AFM-Bilder (Atomic-scanning Force Microscope = Rasterkraftmikroskopie). Und die Signalverstärkung durch die Schwingungsresonanz ermöglicht eine „Live-Bildgebung“ von h-BN – einschließlich eben der Online-Informationen über die Kristallorientierung. Das neue Mikroskop ermöglicht somit etwa die kontrollierte Herstellung von Van-der-Waals-Strukturen, für die man einzelne 2D-Schichten stapelt. Die Autoren erwarten, dass das neue Mikroskop folglich zur nicht-invasiven und markierungsfreien Untersuchung einer Vielzahl von gestapelten 2D-Materialien sowie deren Kombinationen mit anisotropen molekularen Anordnungen eine große Zukunft hat.

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