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

Zusammenfassung
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:Problemstellung71.Allgemeine theoretische Grundlagen111.1Elektronenoptik111.1.1Strahlerzeugung111.1.2Strahlengang121.1.3Lorentzmikroskopie151.1.4Linsenfehler181.1.5Stigmatoren231.2Magnetismus von Permalloy-Nanoteilchen231.2.1Energie-Betrachtungen231.2.2Formanisotropie und Stoner-Wohlfarth-Theorie251.2.3Domänen291.2.4Hysterese312.Kippmethode332.1Vermessung der magnetischen Felder im Mikroskop332.1.1Kalibrierung des Hallsensors342.1.2Messung der Objektivlinsenfelder353.Konstruktion und Bau des Probenhalters393.1Vorüberlegungen393.2Konstruktion und Entwicklung403.3Herstellung414.Charakterisierung des neuen Halters454.1Feldmessung454.1.1Kalibrierung des Hallsensors454.1.2Feldmessung im Probenbereich464.1.3Feldabhängigkeit in Strahlrichtung494.2Feldsimulation504.3Halterbetrieb524.3.1Steuerprogramm534.3.2Bildrückführung im Betrieb535.Erste Experimente595.1Schalten von Dreiecken595.2Ringe625.3Ellipsen645.3.1Aspektverhältnis 2:1645.3.2Aspektverhältnis 3:1685.4Ein magnetischer Frosch706.Ausblick737.Zusammenfassung75Abbildungsverzeichnis77Tabellenverzeichnis79Literaturverzeichnis81Danksagung85Erklärung87