Onderzoeksgroep

Elektronenmicroscopie voor materiaalonderzoek (EMAT)

Expertise

Transmissie elektronenmicroscopie voor materiaalkunde Ontwikkeling van nieuwe meetprincipes met elektronenbundels Adaptieve optica met elektronenbundels Elektronen energieverlies spectroscopie

Elektronenstralen ter verbetering van de analytische microscopie 01/01/2021 - 31/03/2026

Abstract

Elektronenmicroscopie (EM) is een sleuteltechnologie om de atomaire structuur en chemische samenstelling van materialen met een resolutie van (sub)Ångström zichtbaar te maken. Het is een essentiële techniek om de doorbraken mogelijk te maken die nodig zijn om maatschappelijke uitdagingen op het gebied van hernieuwbare energietechnologie, biowetenschappen, en communicatie- en kwantumtechnologie op te lossen. Om deze doorbraken te realiseren hebben we EM-technologie nodig met een ultrasnelle tijdschaal, een ultrahoge energieresolutie, die een laag-energetisch spectraalgebied bestrijkt en verschillende andere mogelijkheden, die allemaal verder gaan dan de huidige stand van de techniek. Het EBEAM-project brengt een beproefd consortium van EM-deskundigen bijeen die hun complementaire EM-wetenschap en -technologie zullen integreren in volledig nieuwe EM-meetmodaliteiten, waarbij de unieke interacties tussen vrije elektronen en optische lichtvelden zullen worden benut en zo een ultrahoge spectrale en temporele controle zullen worden gecombineerd met een subÅngström ruimtelijke resolutie. De ambitie van het project is tijdsresolutie <20 fs en energieresolutie <1 meV aan te tonen, en het energiebereik van 4-400 neV (1-100 MHz), dat tot dusver ontoegankelijk is in EM, te ontsluiten. Met behulp van nieuwe correlatie- en coincidentiemodaliteiten die nog nooit eerder in EM zijn gebruikt, zullen we nieuwe methoden onthullen om selectieregels, lage-energiebandstructuren, spoorelementen en meer te onderzoeken. We zullen de brede toepasbaarheid van de nieuwe EBEAM-technieken demonstreren door het uitvoeren van geselecteerde onderzoeksprojecten die gericht zijn op belangrijke vragen in energie-conversiematerialen, opto-elektronische materialen en kwantumtechnologie. Het consortium bestaat uit 8 EM-groepen uit het fundamenteel onderzoek en de industrie die een unieke combinatie van EM-instrumenten, kennis en ideeën vertegenwoordigen die goed gepositioneerd zijn om de ambitieuze doelstellingen van het EBEAM-project te verwezenlijken. Het omvat de wereldleider op het gebied van EM-productie en een succesvol MKB. Samen zal het consortium de EBEAM-technologie naar een brede gebruikersgemeenschap brengen waar deze naar verwachting een sterke wetenschappelijke en economische impact zal hebben.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

'Strain' gestabiliseerde perovskieten: een geïntegreerde onderzoeksaanpak van hetfundamentele niveau tot de toepassing in opto-electronica (PERsist). 01/01/2021 - 31/12/2024

Abstract

Lichtdetectie en -emissie zijn cruciaal voor toepassingen zoals beeldschermen en scanners. Gezien het maatschappelijk belang is er nood aan goedkope opto-elektronische halfgeleidermaterialen met hoge energie-efficiëntie. Metaalhalogenideperovskieten (MHPs) zijn veelbelovende en makkelijk te fabriceren halfgeleiders met sterke lichtabsorptie en -emissie in een breed spectraal bereik. Integratie in opto-elektronische componenten is nog gelimiteerd door de beperkte stabiliteit bv. door omzetting van de optisch actieve "zwarte" fase naar een inactieve fase. Gebaseerd op onze recente "proof-of-concept", stellen we hier een nieuw paradigma voor om deze zwarte fase te stabiliseren. Hierbij wordt kristalspanning geïntroduceerd in dunne MHP lagen door groei op een substraat en/of door nano- tot micropaternering van de MHP laag. PERsist steunt op de synergie tussen vooraanstaande experten inzake geavanceerde micro/spectroscopie en modellering van nanomaterialen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Geautomatiseerde elektronen diffractometer voor hoge doorvoer identificatie van nanokristallijne materialen. 01/10/2020 - 30/09/2024

Abstract

De studie van de structuur van nanokristallijne materialen met standaard X-stralen diffractie is moeilijk voor sub micrometer deeltjes, en vooral als deze in gemengde vorm voorkomen. Dit wordt vaak opgelost door deze materialen te kristalliseren tot grotere kristallen, wat vaak problematisch en tijdrovend is. De beste eenkristal X-stralen diffractiemetingen vereisen bovendien een reis naar een synchrotron wat zorgt voor lange wachttijden tussen groei en structuuranalyse. Elektronen diffractie vormt een alternatief en werkt zeer goed voor nanokristallen omdat het ordegroottes meer informatie per volume oplevert voor gelijke stralingsschade. Tot nu bleef het echter een erg dure techniek gebaseerd op moeilijk te hanteren transmissie elektronenmicroscopen (TEM) die handmatig bediend worden door hoogopgeleide onderzoekers. Dit zorgt ervoor dat de techniek relatief onaantrekkelijk is voor industrieel gebruik waar gebruiksgemak, hoge doorvoer, statistiek en reproduceerbaarheid belangrijke aspecten zijn die niet goed passen bij de huidige TEM instrumenten in universiteitslabo's. In dit project stellen we voor om een prototype elektronendiffractometer te bouwen, gebaseerd op een bescheiden raster elektronenmicroscoop (SEM). Het instrument zal in staat zijn om automatisch een volledige diffractieanalyse door te voeren van een ongekend nanokristallijn poeder, zonder menselijke tussenkomst. Deze gegevens worden dan omgezet in een rapport waarin de structuur en abundantie van verschillende onderdelen wordt getoond. We beschikken reeds over een proefopstelling die aantoont dat hoge kwaliteit diffractiepatronen haalbaar zijn, maar er blijven een belangrijk aantal wetenschappelijke vragen die aandacht verdienen in dit project. We stellen voor om de ontwikkelde kennis te demonstreren op een selectie van relevante materialen in nauwe samenwerking met een aantal Vlaamse bedrijven die een sterke interesse lieten blijken in de mogelijkheden van zo'n instrument.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Big data elektronenspectroscopie: elektronische en optische eigenschappen van materialen op basis van grote impulsgeresolveerd EELS datasets. 01/10/2020 - 30/09/2023

Abstract

Materiaalkunde speelt een belangrijke rol voor de vooruitgang van bijna elk technologiegebied. Het rekent hierbij op de beschikbaarheid van karakterisatiemethoden om het gedrag en de eigenschappen van materialen te begrijpen. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is hiervoor een belangrijk hulpmiddel, omdat het ons toestaat de structuur van materialen en hun eigenschappen te onderzoeken met een ongeëvenaarde resolutie. Elektronen energieverlies spectroscopie (EELS) is een van de meest populaire karakterisatiemethoden die beschikbaar zijn in een TEM. De techniek staat ons toe om de samenstelling en eigenschappen te onderzoeken door de energie te analyseren die verloren gaat wanneer de elektronenstraal interageert met het materiaal. Mijn doel is om nieuwe eigenschappen met nanoschaalresolutie te meten door niet alleen het energieverlies maar ook de impulsverandering te analyseren. Meer specifiek wil ik de impulsverandering van de elektronen gebruiken om de elektromagnetische velden op nanoschaal in de optische resonanties van nanodeeltjes nauwkeuriger te meten. Bovendien is het met deze techniek mogelijk om de band gap en bandenstructuur van halfgeleiders en 2D-materialen met nanometerresolutie te onderzoeken, alsook de bindingsoriëntatie van atomen in complexe oxiden. Daarnaast wil ik een systeem ontwikkelen voor sub-THzspectroscopie op nanoschaal met behulp van een sinusvormig gepulseerde elektronenstraal om het materiaal met extreme spectrale precisie te exciteren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

AdaptEM: adaptieve faseplaat voor elektronenmicroscopie: fase 2, voorbereiding van spin off. 01/09/2020 - 31/08/2021

Abstract

Dit project bouwt verder op een voorgaand IOF project (2018-2019) waar de proof of concept technologie, ontwikkeld aan de UA, van een programmeerbare fase-plaat voor elektronen optiek wordt doorontwikkeld richting de opstart van een spin off. De ontwikkelde technologie is uniek en beschermd en zal zorgen voor een disruptieve stap in de mogelijkheden van elektronenmicroscopie. We onderscheiden op dit moment 8 verschillende applicatie-domeinen die kritisch steunen op deze technologie en die in verschillende fases van ontwikkeling zijn. Een diepgaande marktstudie is nodig om op rationele wijze prioriteiten aan te brengen in welke van deze applicaties best als eerste gestart kan worden. We willen het TRL niveau verhogen van 5 naar 7 door het beheersen van de technologische risico's met als doel een verkoop te kunnen realiseren aan een aantal early adopter klanten en tot de opstart van een bedrijf te kunnen overgaan. Het beoogde pad maakt optimaal gebruik van een window of opportunity in de markt en kan op de meest efficiënte manier de basiskennis ontwikkeld aan de UA omzetten in valoriseerbare resultaten die op middellange termijn zowel een maatschappelijke als economische meerwaarde kunnen bieden voor onze universiteit en regio.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Verkenning van adaptieve optica in de elektronenmicroscopie. 01/01/2020 - 31/12/2023

Abstract

Adaptieve optica, de technologie om de vorm van lenzen en spiegels aan te passen om hun beeldvormende kwaliteiten te verbeteren ligt aan de basis van een reeks wetenschappelijke innovaties in zeer diverse domeinen die gebruik maken van licht. Momenteel kan de fase van optische golven dynamisch worden aangepast door middel van programmeerbare faseplaten wat experimenteel onderzoek toelaat op exotische lichtbundels en een ongeevenaarde controle geeft over de performantie van optische instrumenten. Bundels van versnelde elektronen, zoals veelvuldig gebruikt in bv. elektronenmicroscopie, vertonen heel wat gelijkenissen met licht waaronder hun golfkarakter, het bestaan van lenzen en een erg gelijkaardige wiskundige beschrijving. Een belangrijk onderdeel dat nog niet bestond is echter een programmeerbare faseplaat voor elektronengolven die een gelijkaardige flexibiliteit toelaat als in moderne optica. Het doel van dit project is het onderzoeken van het potentieel dat een recent, in mijn groep gerealiseerd, prototype van een programmeerbare faseplaat voor elektronen kan brengen in elektronenmicroscopie. Deze faseplaat is uniek in de wereld en zou de hoeveelheid informatie die kan verkregen worden bij een bepaalde elektron dosis drastisch kunnen verhogen. Dit is belangrijk om het vernietigende effect van bundelschade te ondervangen wat een grote hindernis vormt voor het gebruik van elektronen microscopie in bv. de levenswetenschappen of het onderzoek naar zachte materialen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Coïncidentie meetopstelling voor geavanceerde spectroscopie in transmissie elektronen microscopie. 01/01/2020 - 31/12/2023

Abstract

Vele materialen rondom ons, vertonen eigenschappen die op gevoelige wijze afhangen van de aanwezigheid van vreemde atomen in een omgeving van een meerderheid aan andere atomen. Transmissie elektronen microscopie is een uiterst krachtige methode om de structuur van materialen zichtbaar te maken tot op atomaire schaal. Spectroscopische methoden laten bovendien toe om te bepalen welke atomen in het materiaal aanwezig zijn. Twee van deze methoden, EELS en EDX, worden vaak gebruikt en maken gebruik van excitaties van atomen die interageren met versnelde elektronen. Beide methoden hebben echter aanzienlijke tekortkomingen, vooral als het gaat om het verkrijgen van gedetailleerde informatie van minderheidsatomen in een materiaal. In dit project stellen we voor om gebruik te maken van recente ontwikkelingen in detectoren voor elektronen en X-stralen om de atomaire excitaties te meten op een tijdsgeresolveerde wijze. Dit zal ons toelaten om enkel die gebeurtenissen te filteren waarbij zowel een elektron als een X-straal gedetecteerd wordt op dezelfde tijd. Hiermee combineren we de goede eigenschappen van beide methodes en verbeteren we de spectroscopische mogelijkheden wanneer kleine hoeveelheden vreemde atomen aanwezig zijn in een omgeving van andere atomen. We zullen de voordelen van deze opstelling testen op relevante materialen voor de samenleving: moderne legeringen, materialen voor kwantum computers en halfgeleiders voor elektronica en fotovoltaïsche cellen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Optimalisatie van gelaagde elektrodematerialen met hoge capaciteit voor Li-ion-batterijen via atomaire kennis van de redoxreacties. 01/01/2020 - 31/12/2022

Abstract

Herlaadbare Li-ion-batterijen vormen een belangrijke pijler in onze huidige technologie en samenleving. Om te voldoen aan de voortdurende vraag naar meer opgeslagen energie per gewicht, is het belangrijk de energie-efficiëntie te behouden over de levensduur en spanningsverval en hysteresis te minimaliseren. Deze nadelige effecten zijn hoofdzakelijk afkomstig van de structurele veranderingen in het kathodemateriaal tijdens het op- en ontladen. Recente ontwikkelingen tonen aan dat de zuurstofredoxreactie in veelbelovende Li-rijke NMC-kathodes, die bijdraagt aan hoge spanning, inherent verbonden is met migratie van de overgangsmetalen bij het op- en ontladen. Het is daarom noodzakelijk om inzicht te verkrijgen in deze complexe wisselwerking om zo de voordelen te kunnen benutten en tegelijkertijd de nadelige effecten te elimineren. Om beide effecten systematisch te volgen en te scheiden van de invloed van de microstructuur, zullen we nieuwe modelstructuren synthetiseren met specifieke structurele variaties van de initiële kristalstructuur en microstructuur. We zullen de structurele veranderingen tijdens het op- en ontladen bestuderen met geavanceerde structuurkarakterisatietechnieken, en deze relateren aan de elektrochemische eigenschappen. Dit project zal dus resulteren in de ontwikkeling van innovatieve Li-ion-batterij kathodes en de rol van de microstructuur, lokale structuur en lokale valentie op de stabiliteit van Li-ion-batterijen duidelijk in kaart brengen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Wetenschap en technologie mogelijk maken door Europese elektronenmicroscopie (ESTEEM3). 01/01/2019 - 30/06/2023

Abstract

ESTEEM3 is an integrating activity for electron microscopy providing access to the leading European state-of-the-art electron microscopy research infrastructures, facilitating and extending transnational access services of the most powerful atomic scale characterization techniques in advanced electron microscopy research to a wide range of academic and industrial research communities for the analysis and engineering of novel materials in physical, chemical and biological sciences. ESTEEM3 objective is to deliver more access to more users coming from a wider range of disciplines.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Plasma voor toepassingen in het milieu, geneeskunde, analytische chemie en materiaalwetenschappen. 01/05/2018 - 31/12/2024

Abstract

Plasma is een geïonizeerd gas. Het is de vierde aggregatietoestand, naast vast, vloeibaar en gasvormig. Het komt in de natuur voor, maar kan ook door de mens opgewekt worden door het aanleggen van elektrische velden of warmte aan een gas. Plasma bestaat uit gasmoleculen, maar ook uit vele reactieve deeltjes, zoals elektronen, verschillende soorten ionen, radicalen en geëxciteerde deeltjes. Deze reactieve chemische cocktail maakt plasma interessant voor vele toepassingen. Wij bestuderen de onderliggende mechanismen in plasma, met inbegrip van de plasmachemie, plasma reactor design en plasma‐oppervlak interacties, door middel van computersimulaties en experimenten, om de volgende toepassingen te verbeteren: (1) in materiaalwetenschappen (voor nanotechnologie en de fabricatie van microchips), (2) voor analytische chemie, (3) in milieu/energie toepassingen (nl. de conversie van broeikasgassen en stikstoffixatie, en (4) in de geneeskunde (vooral kankeronderzoek).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Slimme strategieën om bundelschade in transmissie-elektronenmicroscopie te voorkomen. 01/01/2018 - 31/12/2021

Abstract

Het doel van dit project is om slimme strategieën te ontwikkelen en toe te passen om stralingsgevoelige nanostructuren te onderzoeken met behulp van kwantitatieve scanning transmissie-elektronenmicroscopie. Op die manier wordt het mogelijk om geïsoleerde atomen te detecteren, atoomtypen vast te stellen en posities van atomen precies te bepalen met een minimale elektronendosis. Zo zal stralingsschade drastisch verminderd of zelfs volledig vermeden worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Onderzoek in het domein van de Elektronenmicroscopie voor materiaalwetenschappen (onderzoekslijn rond elektronenvortices (elektronendraaikolken) en geavanceerde STEM-EELS (Scanning Transmission Electron Microscopy − Electron Energy Loss Spectroscopy) 01/01/2013 - 31/12/2022

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht toegekend door de Universiteit Antwerpen. De promotor levert de Universiteit Antwerpen de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd door de universiteit.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Nanometerschaalafbeelding van magnetische perovskietoxide dunne films met behulp van scanning transmissie-elektronenmicroscopie (MAGIMOX). 01/04/2019 - 04/03/2020

Abstract

Magnetic materials are a vital part of modern society, being important components in technologies such as magnetic resonance imaging machines and hard disk drives. A common strategy to both improve existing technologies and develop new ones, is miniaturization. The most striking example being the billion-fold increase in silicon semiconductor transistor density, which fundamentally changed society since its invention in the 60ies. However, this miniaturization trend now seems to come to a slow-down as devices are shrinking to sizes where hard physical limits are setting in, and being able to image these nanoscale devices becomes ever more important. Scanning transmission electron microscopy (STEM) is a widely used imaging technique used to study such nanometre scale devices, however it does not readily provide imaging of the magnetic properties at this scale. The perovskite oxides form a materials family, which exhibits a wide range of properties including magnetism. A similar miniaturization process has been used for these materials, where making them as nanometre thick films revealed new phenomena. The most exciting being multiferroics, where an applied electric field can change the magnetic structure, and vice versa. This has attracted much interest in both making and studying these oxide materials, especially their magnetic properties, due to the great potential for new device concepts. However, due to the small sizes of these films they're often very hard to study, especially when it comes to their nanoscale magnetic structure. This action will take advantage of recently developed fast electron STEM detectors to image the nanometre scale magnetic structures of these materials directly with unprecedented resolution. Using a high-end STEM equipped with such a detector, both the magnetic and crystal structure will be studied in the same microscope. This will enable highly correlated studies of the perovskites, giving a deeper understanding of these phenomena.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Ontwikkeling van Vortex/bessel beam aperturen voor TEM 14/01/2019 - 31/12/2019

Abstract

Toepassing van een in-house ontwikkeld FIB protocol, ontwikkeld tijdens het ERC-project "Vortex", voor aanmaak van TEM aperturen. Deze gespecialiseerde aperturen kunnen worden gebruikt om vortex en/of Bessel stralen te genereren die gebruikt worden voor analyse van o.a. electromagnatische eigenschappen, strain en plasmonics.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Ontwikkeling van een programmeerbare faseplaat voor elektronenmicroscopie. 01/05/2018 - 31/10/2019

Abstract

Dit project is gericht op het ontwikkelen van een prototype van een programmeerbare elektrostatische faseplaat die de gebruiker toelaat de fase van een elektronengolf vrij te veranderen. Het doel van dit POCproject is het realiseren van een regelbaar 5x5-pixel prototype dat gemakkelijk is in gebruik en het potentieel van adaptieve optica in elektronenmicroscopie zal aantonen. De realisatie ervan zal gebaseerd zijn op lithografische technologie om toekomstige opschaling mogelijk te maken. Er wordt verwacht dat een dergelijke faseplaat de informatie verkregen bij een bepaalde elektrondosis dramatisch kan verhogen, waardoor de nadelige effecten van elektronstraalschade worden beperkt die momenteel het gebruik van elektronmicroscopie in b.v. life sciences sterk limiteren. Een dergelijke ontwikkeling heeft de mogelijkheid om de elektronenmicroscopiemarkt totaal om te gooien door het creëeren van nieuwe toepassingen, de kosten en complexiteit van te toestellen drastisch te verminderen en de deur te openen tot volledige geautomatiseerde instrumenten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Nanoschaalafbeelding van magnetische structuren met behulp van scanning-transmissie-elektronenmicroscopie (NanoMagSTEM). 01/05/2018 - 31/03/2019

Abstract

Modern society relies on materials which exhibits or are influenced by magnetic fields, such as functional materials used in electronic devices. In the last decades the performance of such devices have been greatly improved though miniaturization, however at some point the size of the these devices cannot be reduced further due to physical limits. To continue the advances in electronics, new materials with novel properties must be utilized. This requires a deep insight into the coupling between structural and functional properties, with nanometre resolution. An understanding of how the magnetic microstructure at the nanoscale is affected by the atomic and electronic structure of materials will help researchers in the design of functional materials with tailored-made properties. The hypothesis of this proposal is that "Magnetic fields in functional materials can be characterized at nanometre length scales by using scanning transmission electron microscopy combined with fast pixelated detectors. This enables correlated characterization of both functional and structural properties and improved understanding of materials." With the recent development of fast pixelated electron detectors, the whole electron beam in a scanning transmission electron microscope (STEM) can be imaged. This enables imaging of magnetic fields in materials using differential phase contrast (DPC), and coupled with an aberration corrected microscope this can be done at an unprecedented resolution of 1 nm. Perovskite oxide hetero-structures are receiving great interest due to the many ways magnetic properties can be altered through structure engineering. The goals of this proposal is to extend the DPC method to imaging of static and dynamic magnetic properties of such materials with nanometre resolution. Adjoined with conventional high quality STEM data of the atomic and orbital structure of the materials, our understanding of structure-function coupling in perovskite thin films will be improved.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Adaptieve transmissie-elektronenmicroscopie: ontwikkeling van een programmeerbare faseplaat (ADAPTEM) 01/03/2018 - 31/08/2019

Abstract

Adaptive optics, the technology to dynamically program the phase of optical waves has sparked an avalanche of scientific discoveries and innovations in light optics applications. Nowadays, the phase of optical waves can be dynamically programmed providing research on exotic optical beams and unprecedented control over the performance of optical instruments. Although electron waves carry many similarities in comparison to their optical counterparts, a generic programmable phase plate for electrons is still missing. This project aims at developing a prototype of a programmable electrostatic phase plate that allows the user to freely change the phase of electron waves and demonstrate it to potential licensees for further upscaling and introduction to the market. The target of this POC project is the realization of a tunable easy-to-use 5x5-pixel prototype that will demonstrate the potential of adaptive optics in electron microscopy. Its realization will be based on lithographic technology to allow for future upscaling. It is expected that such a phase plate can dramatically increase the information obtained at a given electron dose, limiting the detrimental effects of beam damage that currently hinders the use of electron microscopy in e.g. life sciences. As such, it has the potential to disrupt the electron microscopy market with novel applications while at the same time reducing cost and complexity and increasing the potential for fully automated instruments .

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Alle optische, hoge resolutie, niet-invasieve kwaliteitscontrole van kristallijne GRM's via weergave van hun niet-lineaire optische eigenschappen (GRAPH-EYE) 01/01/2018 - 31/12/2019

Abstract

In this project, we propose a fast, high-resolution non-linear optical method for the ex-situ and potentially upgradable to in-situ quality control of as-grown GRMs and their heterostructures. Polarization resolved Second Harmonic Generation (PSHG) imaging microscopy will reveal detailed information of the crystal orientation, thickness inhomogeneities and nanoscale defects. Pixel-by-pixel information of the atomic structure of 2D nanosheets will be extracted from PSHG data with a spatial resolution of ~50 nm in two measuring modes: First, the number of atomic layers for each pixel will be precisely estimated by imaging the SHG intensity. Secondly, the polarization of the pixel-by-pixel SHG signal will reveal high-resolution details of the crystallographic axis orientation. Preliminary results show that defects of the crystal structure create a sharp contrast in the PSHG image. To further analyze the experimental findings, a theoretical model will be developed to accurately predict and explain the PSHG data. The interpretation of the PSHG signal by the theoretical predictions will be utilized as a "second order filter" which will further enhance the optical contrast attained. Due to the small dimensions of the pixel (~50nm) compared to the diameter of the excited volume (~500nm), the extracted optical information goes beyond the diffraction limit. This technique is being developed at the Foundation for Research and Technology- Hellas (FORTH). Towards the accurate validation and quantitative evaluation of the PSHG observations, the crystallographic orientation, specimen thickness, strain and doping/impurity levels, stacking sequence and twist, chemical composition, electric fields and charge densities will be probed on the same samples, via atomic-resolution scanning transmission electron microscopy (STEM) imaging at the Electron Microscopy for Materials Science group of the University of Antwerp (UA) and via high resolution Raman spectroscopy at the Graphene Centre (CGC) of UCAM. The CVD test-case samples will be provided by the CGC and the AIXTRON company. This project introduces for the first time an all-optical, fast and high-throughput, high-resolution, non-invasive, non- linear optical technique for the evaluation of the crystal quality of as-grown GRMs and their heterostructures. This technique can be readily upgradable for the in-situ monitoring of the 2D crystals' quality during growth. We envisage that the results obtained will have significant impact in the field of GRMs' and will be proved useful towards the development of defect-free GRMs with excellent optoelectronic properties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Onderzoek naar gelokaliseerde oppervlakte plasmonresonanties in de TEM: overwinnen van de beperkingen van tijdsgemiddelde intensiteitsmapping door middel van elektron golffunctie manipulatie. 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

Small (submicron) metal particles interact with light in a peculiar way. Their optical properties (i.e. the colours of light they absorb or reflect) are determined by their size and shape, like the harmonics that define the sound of an organ pipe. The "harmonics" of a metal particle are called surface plasmon resonances (SPR). If SPRs can be correctly understood and harnessed, they offer the possibility to manipulate light as effectively as is done now with radio waves, allowing to produce (among others) better photovoltaics and LEDs, better chemical sensors, and integrated optical devices of much smaller size. An instrument often used to study SPRs is the transmission electron microscope (TEM). TEMs allow to observe phenomena at the nanoscale by passing a beam of high energy electrons through a sample and can achieve atomic scale resolution. The TEM is of great use to study metal particles: besides visualising their shape and structure, it allows to study the electromagnetic fields related to the SPRs. However, while this allows to visualise the harmonics, it doesn't provide all information about them. Using conventional methods, we only obtain a time-averaged view of their amplitude. With this project we want study an entirely new setup that we have recently demonstrated.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Lage dosis beeldvorming in transmissie elektronen microscopie door gecomprimeerde detectie. 01/01/2017 - 31/12/2020

Abstract

Transmission electron microscopy (TEM) has provided scientists with a view on the atomic structure of materials for many decades. As instruments improved dramatically, the damage incurred by bombarding the material with electrons has become a major obstacle in the quest for more information from ever smaller nanomaterials. In short, the material rather than the microscope has become the limiting factor to further progress. In this project we propose to apply recent insights from the field of data compression to overcome this hurdle. In essence, we will develop the instrumentation for the recording of a subset of a microscopy image while still being able to reconstruct the whole image. We use the fact that images, unlike random signals, possess a level of predictability. The reason this works is the same as why holiday pictures can be compressed for storage without losing their information content. The difference between compression algorithms and this so-called compressed sensing approach is that rather than storage space reduction, we gain a reduction in the electron dose needed to obtain an image, reducing the damage that is blocking further progress in TEM. The project builds on the recent implementation of a prototype and will explore the benefits of this approach from both a theoretical and experimental point of view with the aim to demonstrate a significant improvement in the performance of TEM on materials that previously were damaged before an image could be taken

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Directe elektronen detectie voor zachte materialen in TEM 01/05/2016 - 30/04/2020

Abstract

Moderne materialen worden ontworpen om bepaalde functies uit te voeren bij een zo laag mogelijke productiekost. Deze trend verschuift de aandacht van het ontwerp van bv. het sterkste materiaal naar een voldoende sterk materiaal bij gebruik van een acceptabele hoeveelheid natuurlijke rijkdommen. De combinatie met de nanorevolutie waarbij eigenschappen van materialen steeds vaker afhangen van hun structuur op nanoschaal, vereist wetenschappelijke instrumenten die deze zgn. zachte materialen kunnen onderzoeken. Dit is typisch een opdracht voor transmissie elektronenmicroscopie (TEM) die een beeld geeft van de atomaire opbouw van materialen. Een nadeel van TEM is echter dat het beeldvormingsproces aanleiding kan geven tot het beschadigen van het materiaal, waardoor de analyse onbetrouwbaar of zelfs onmogelijk wordt. Om dit te verhelpen stellen we de aanschaf van een elektronendetector voor die op efficiënte wijze elk elektron kan detecteren waardoor de elektronendosis met bijna een factor 100 kan worden verlaagd. Deze vooruitgang verbreedt aanzienlijk het toepassingsgebied van TEM voor de studie van zachte materialen wat toelaat hun structuur te visualiseren tot op atomaire schaal.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Nano-excellentie consortium. 01/01/2015 - 31/12/2019

Abstract

Het Excellentie consortium Nano vertegenwoordigt de expertise op het gebied van de nanowetenschappen die aanwezig is in de drie deelnemende groepen: EMAT, CMT en PLASMANT. Het consortium staat in voor een uniforme communicatie en samenwerking die de kernkwaliteiten van de verschillende groepen bundelt om de reeds sterke internationale positie van de nanowetenschappen aan de Universiteit Antwerpen nog verder te versterken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

SOLARPAINT: De duurzaamheid van licht-gevoelige materialen begrijpen door kennistransfer tussen zonnecelfysica en de chemie van schilderijen. 01/01/2015 - 31/12/2018

Abstract

Als licht invalt op materie leidt dit tot een respons van het materiaal op deze externe stimulus. Deze respons hangt af van zowel de macroscopische als microscopische details van het materiaal. Pigmenten, bij voorbeeld, tonen een golflengte-afhankelijke reflectie en absorptie die aanleiding geven tot kleur in bv. een olieverf schilderij. De absorptie van licht kan ook worden gebruikt om zonne-energie te oogsten door middel van fotovoltaïsche cellen. Hoewel zonnecellen en pigmenten weinig met elkaar gemeen lijken te hebben, is hun microscopische functie erg gelijkaardig. Ze absorberen allebei licht en ondergaan vaak ongewenste veranderingen onder langdurige belichting en/of omgevingsfactoren. Deze veranderingen leiden tot een degradatie en verandering van kleur in historische schilderijen en tot een geleidelijke vermindering van de efficiëntie in organische zonnecellen. Ten einde de functie en de veroudering van deze materialen beter te begrijpen, stellen we een project voor waarin we in detail de microscopische oorsprong van de lichtabsorptie in heterogene materialen bestuderen komende uit zowel olieverf schilderijen als organische zonnecellen. We doen dit door een combinatie van de meest geavanceerde experimentele technieken gebaseerd op zowel synchrotron straling als elektronen microscopie met geavanceerde kwantummechanische modellen. Deze multidisciplinaire aanpak laat ons toe om de functie en levensduur van organische zonnecellen te verbeteren alsook om historische schilderijen uit ons cultureel erfgoed op een optimale manier te bewaren of te restaureren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Topologische effecten bij diffractie van golven. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

In dit project onderzoeken we hoe een electronen vortex bundel verstrooid wordt aan chirale kristallen. Dit zijn kristallen zonder spiegelsymmetrie die steeds in een rechts- en een linkshandige variant voorkomen, een origineel kristal en zijn spiegelbeeld. Deze hebben verschillende chirale eigenschappen zoals chemische reacties met chirale moleculen en optische activiteit. De topologische lading van elektronen vortices maakt ook hen chiraal, zodat er chirale effecten optreden wanneer deze verstrooid worden aan zulke kristallen. We zullen aantonen dat links- en rechtshandige kristallen onderscheiden kunnen worden gebruik makende van elektronen vortex diffractie in een transmissie elektronen microscoop.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Theoretische studie van relativistische elektron vortex golven. 01/10/2014 - 31/12/2015

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Ontwikkeling van een prototype voor de generate van elektronen vortex bundels. 01/11/2013 - 31/10/2014

Abstract

Het doel van dit project is het ontwikkelen van een prototype toestel voor de creatie van elektronen vortex bundels (EVBs). EVBs laten toe om op atomaire schaal de magnetische toestand van materialen te onderzoeken, nanodeeltjes te manipuleren en de chiraliteit van kristallen te bepalen. Het belangrijkste pad naar valorisatie ligt in het toekennen van licenties voor het produceren van dit EVB creatie toestel alsook in bilateraal contractonderzoek met industriele partners in Vlaanderen en daarbuiten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Onderzoek in het domein van de beeldvorming. 30/09/2013 - 13/07/2016

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds Erasmus Mundus. UA levert aan Erasmus Mundus de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Studie van nieuwe eigenschappen in complexe oxides door directe beeldvorming van ladings/orbitale/spin ordening. 01/01/2013 - 31/12/2016

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Topologische effecten bij diffractie van golven. 01/10/2012 - 30/09/2014

Abstract

In dit project onderzoeken we hoe een electronen vortex bundel verstrooid wordt aan chirale kristallen. Dit zijn kristallen zonder spiegelsymmetrie die steeds in een rechts- en een linkshandige variant voorkomen, een origineel kristal en zijn spiegelbeeld. Deze hebben verschillende chirale eigenschappen zoals chemische reacties met chirale moleculen en optische activiteit. De topologische lading van elektronen vortices maakt ook hen chiraal, zodat er chirale effecten optreden wanneer deze verstrooid worden aan zulke kristallen. We zullen aantonen dat links- en rechtshandige kristallen onderscheiden kunnen worden gebruik makende van elektronen vortex diffractie in een transmissie elektronen microscoop.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Theoretische studie van relativistische elektron vortex golven. 01/10/2012 - 30/09/2014

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Observatie van elektron vortex stralen (VORTEX) 01/01/2012 - 31/12/2016

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds EU . UA levert aan EU de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Elektronische en structurele eigenschappen van multilaagstructuren van complexe oxiden op atomaire schaal: een (S)TEM- en EELS-studie. 01/10/2011 - 30/06/2012

Abstract

In dit project zullen nieuwe (gelaagde) oxidematerialen gekarakteriseerd worden om inzicht te verschaffen in hun macroscopische eigenschappen. Het gebruik van technieken zoals (raster) transmissie-elektronenmicroscopie en elektronen energieverliesspectroscopie, levert informatie tot op atomaire schaal dankzij de verbeterde resolutie van de QU-Ant-EM microscoop. Verschillende dataverwerkingsmethoden zullen vergeleken en aangepast worden om de beschikbare informatie die verkregen wordt bij zulke experimenten maximaal te benutten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Optimalisatie van de fotoluminescentie in materialen met scheelite-type structuur via de incommensurabele modulatie van de kationen. 01/01/2011 - 31/12/2014

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Studie van mechanismen voor diamantnucleatie in aanwezigheid van een metaalgebaseerde interlaag. 01/01/2010 - 31/12/2013

Abstract

Het project beoogt originele, diepgaande inzichten te bekomen in de nucleatiemechanismen van nanokristallijne diamant films in aanwezigheid van metaalbevattende interlagen met verschillende samenstelling, afgezet via waterige CSD. Door het bekomen begrip kan met positief effect ingespeeld worden op het nucleatie-groeimechanisme, zodat uniforme NCD materialen met MWPECVD gegroeid kunnen worden op diverse substraten. Op deze manier ligt de weg open voor fundamenteel onderzoek in nieuwe gebieden van toepassing.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Kwantitatieve elektronenmicroscopie: van experimentele metingen tot precieze getallen. 01/01/2010 - 31/12/2013

Abstract

Het doel van het voorgestelde project is ongekende structuurparameters zoals atoomposities, concentraties van atomen, atoomtypen en energieniveaus op een kwantitatieve manier te bepalen uit experimentele metingen verkregen door middel van elektronenmicroscopie. Hiervoor zal gebruik gemaakt worden van statistische parameterschattingstheorie wat een aanzienlijke verbetering in nauwkeurigheid, precisie en reproduceerbaarheid moet opleveren in vergelijking met conventionele ad-hoc methoden. Het uitgangspunt van statistische parameterschattingstheorie is de beschikbaarheid van een parametrisch model dat de verwachtingswaarden beschrijft van de experimentele metingen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

XANES meets ELNES: een studie van heterogene materialen op verschillende lengte-schalen. 01/01/2009 - 31/12/2012

Abstract

Het project beoogt de resultaten met elkaar te vergelijken en te confronteren, bekomen met twee verwante technieken voor het bekomen van structurele informatie in vaste materialen: X-straal absorptie near-edge spectroscopie (XANES) en elektron verlies near-edge spectroscopie (ELNES). Beide technieken leveren informatie op over de dichtheid van de niet-bezette niveaus in een atoom en hoe deze niveaus door de omringende atomen worden beinvloed. Beide methoden maken gebruik van andere primaire projectielen en detectie methoden zodat ze op andere lengte schalen werken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Plasmonholografie. 01/01/2006 - 31/12/2009

Abstract

Dit project beoogt het meten van inelastische interacties van snelle elektronen met plasmonen om faserelaties zichtbaar te maken. Het combineert twee technieken in elektronenmicroscopie: elektronen energie verlies spectroscopie en elektronen holografie. Traditioneel wordt holografie uitgevoerd met elastisch verstrooide elektronen om de fase in de uittree golf te vinden. In dit project zullen we holografie toepassen om faserelaties in de inelastisch verstrooide electronen te ontdekken. De referentiegolf die traditioneel gebruikt wordt bij holografie moet hier uiteraard ook hetzelfde energieverlies hebben ondergaan wil er nog enige coherentie kunnen bestaan tussen referentie en uittree golf. Het theoretische luik van dit project omvat de verdere bestudering van de inelastische interactie met plasmonen en hoe dit kan gelinkt worden met de experimenten. Hier wordt gebruik gemaakt van de tijdsafhankelijke Hartree-Fock benadering. Deze theorie gaat uit van de bewegingsvergelijkingen voor de algemene dichtheidsmatrix (in essentie de Fourier getransformeerde van de MDFF). We hebben hierbij speciale aandacht voor de niet diagonale elementen van de dichtheidsmatrix die informatie of correlatie en coherentie bevatten die gelinkt kunnen worden met de holografie experimenten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Karakterisatie en correctie van elektronische instabiliteiten in TEM. 01/05/2003 - 30/04/2005

Abstract

Dit project heeft tot doel de lange en korte termijn instabiliteiten van de elektrische bronnen in een transmissie elektronen microscoop te meten, teneinde de performantie te verbeteren. Een aktieve terugkoppeling zorgt voor een reductie van de instabiliteiten. De focus ligt op het meten van de hoogspanningsbron die een directe invloed heeft op de gemeten energie in EELS. De apparatuur is voldoende fiexibel gekozen zodat ook andere bronnen van instabiliteiten onderzocht kunnen worden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)