Differential Phase Contrast Imaging on 2D Materials

Differentieller Phasenkontrast ist eine Technik in der Rastertransmissionselektronenmikroskopie, welche die Untersuchung der atomaren Struktur und elektrischen Feldverteilung in Festkörpern mit subatomarer Auflösung ermöglicht. Ziel dieser Arbeit ist die quantitative Untersuchung von atomaren elektrischen Feld- und Ladungsdichteverteilungen in 2D-Materialien. Mit Fokus auf DPC-Messungen mittels eines segmentierten Detektors werden die unterschiedlichen Einflüsse von Mikroskop- und Proben-Parametern wie Linsenfehlern, Detektoranisotropie sowie die Stapelung von Atomen und deren Ordnungszahl mithilfe von Messungen und Simulationen untersucht. Es wird gezeigt, dass die Art und Weise, wie die Detektorsegmente die Intensitätsverteilung nach Durchgang durch die Probe erfassen, zu ausgeprägten Artefakten in den gemessenen atomaren Feldern führt. Zudem wird die Wechselwirkung des Elektronenstrahls mit den atomaren Potentialen untersucht, was eine Refokussierung des Strahls während der Propagation entlang einer Atomsäule und einem nichtlinearen Verhalten des DPC-Signals mit der Ordnungszahl führt. Die verschiedenen Effekte überlagern sich, was eine quantitative Analyse der gemessenen Feldverteilungen erschwert. Für WSe2 und MoS2 Mono- und Doppellagen werden die atomaren Feldverteilungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Einflüsse quantitativ analysiert. Zudem werden Änderungen in der elektrischen Feldverteilung aufgrund punktförmiger Defekte in einer WSe2 Monolage untersucht.