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Energy Filtered Transmission Electron Microscopy

Energie-gefilterte Transmissionselektronenmikroskopie (engl. Energy Filtered Transmission Electron Microscopy ; EFTEM)

Bei dieser Variante der Transmissionselektronenmikroskopie wird die unterschiedliche Bewegungsenergie der Elektronen nach dem Probendurchgang für eine chemische Analyse der Probe ausgenutzt.

Prinzip

Wird eine sehr dünne Probe mit einem Strahl hochenergetischer Elektronen bestrahlt, so wird ein Großteil der Elektronen die Probe ungehindert durchdringen, ein Teil jedoch mit der Probe wechselwirken. Je nach Wechselwirkung ändern die Elektronen nur ihre Richtung (elastische Streuung) oder aber Richtung und Geschwindigkeit (inelastische Streuung). Der Energieverlust inelastisch gestreuter Elektronen ist charakteristisch für bestimmte Wechselwirkungen, etwa die Ionisierung eines Atoms.

Wird lediglich die Anzahl der Elektronen mit einem bestimmten Energieverlust gezählt, so betreibt man Elektronen-Energieverlustspektroskopie (kurz EELS von englisch: Electron energy-loss spectroscopy). Anhand typischer Intensitätsverläufe in einem EELS-Spektrum (etwa einer Ionisations-Kante) können Elemente identifiziert werden.

Bei EFTEM werden nur Elektronen bestimmter Bewegungsenergie (ein Ausschnitt des EELS-Spektrums) zur Bilderzeugung zugelassen. Die Bildintensität kann dann mit einem bestimmten Wechselwirkungsprozess in Verbindung gebracht werden und ermöglicht so, die Verteilung von Elementen in der Probe in einem Bild sichtbar zu machen.

Dazu werden im einfachsten Fall zwei Bilder aufgenommen: Ein Bild mit Elektronen deren Energieverlust genau der Ionisationsenergie eines bestimmten Elements entspricht, und ein Bild mit einem Energieverlust unmittelbar vor der Ionisationskante. Eine Division dieser beiden Bilder ("Kante : Vorkante") zeigt jene Bildstellen hell, an denen das Element verstärkt vorhanden ist.

Technik

Um Elektronen auswählen zu können die eine bestimmte kinetische Energie besitzen, müssen sie zunächst entsprechend ihrer Energie sortiert werden. Dies geschieht dadurch, dass die Elektronen ein Magnetfeld durchlaufen, in welchem sie aufgrund der Lorentzkraft abgelenkt werden. Je schneller ein Elektron ist, desto geringer ist sein Ablenkwinkel. Mehrere magnetische Linsen bilden schließlich das Elektronenspektrum ab. Mit Hilfe eines mechanischen Schlitzes wird aus diesem Spektrum der gewünschte Energiebereich ausgewählt. Dieser kann beispielsweise dem charakteristischen Absorptionsbereich eines chemischen Elementes entsprechen. Mit weiteren Linsen entsteht ein Verteilungsbild dieses Elementes. Die Kombination aus Magnetfeld und abbildenden Linsen bezeichnet man als Energiefilter.