Quantitative off-axis electron holography and (multi-)ferroic interfaces [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Axel Lubk

Quantitativeo-axis?ndlichnischElectronNHolographter:yelmandF(msensculti-)ferroicDresdeninnat.terfacesrer.DissertationTzurMaiErlangungMathematikdeswiakTademiscUnivhenGutacGradesDr.DoktorHannesrerumProf.naturaliumhabil.(Dr.Krer.dernat.)Pr?fung:vysikorgelegtakult?tvundonaturDipl.sPhhaftenys.ecAxelheLubkersit?tgeb2010orenhamProf.17.08.1979rer.inhabil.EbLicersdorfteInstitutDr.f?rnat.StrukurphHysikutFohlacaghricmhhentung7.Ph2010DanksagungEsisteinedicaltrautInspirationsquellescoh?neBautznerTJohn,raditiHilfeonimmeramorden.AnfangbeeineseBucwhesneueotederKeineritwissenscchaftlicStundenhenteArbereitDorin,denIMenscerdankhenertenzuultiferroiscdan-Kenjiktialen,ermessen.ohneJandiesseldesb?reihgesczudenscallhreibDieenesonderesceinehlicAllhundtVielenwAndreas,egetr,unm?gMiclicSh,diefehlerbfuehaftet,ermethoweitenigerworiginellm?glic,dieetc.auszulotengewdenesenhwen?re.VAlleinaraldderzurZeitrahmensovunkontens.vRaineriArberhJahrenerigerf?rendieteErstellungaucdeohnernr27ArbsceitFbriebeinhaltetundeineLicsoarenimmenseesondereWFecWissenhselwirkungopie,undvStimhulanzninFdenBvMarianne,erscChristopher,hiMargaritaedenstenSibScundhaenslagendinundicLebinenssituationen,tdassbaseiestkninsbpdieers?nlicdenhernGru?ohneanhallgewdiesudaLiebimmeren,hkFPreunde,aDiskussionspartnerengeradezuhauswueglosenfallsersccheihneect.undUmsof?rmehranregendenerscastheinhentHelmeinf?rall?bgemeinereitgutacDankWanundalwldiedieeebungleicescnwigenanngewtenDankangebracm?hht,iwhelchherBewdurcderhStr.seinef?rAllgemeinheitdiekh?neneineswundegsestivit?ten.gescThm?lenertergerwinsberdenProf.soll.hEinewganzmirbbesondererSt?tze,St?tzeundwreunde.arenmeinnat?rlic?bhElektronenmikroskClaudia-holographieund-tomographieAnerdankton,icwihnen.elcDahekdieDaniel,Grundlagealk,meinerMartin,phernd,ysikKarin,ali-PscJan,henHeide,Wlona,eltundbilden.hael.MeineryllMutterGemmingm?NicolacpalhvteeichhEinf?hrungfdie?rhihreefnktionaloirFt?rpwden,?hrendeesondereUn?reterst?tzungArbinzuallemnheLebDom?nenenslagen?ndendankeureen,nicmeinemtVhateesen.rTf?rhatteseineGeduldInspirationwiederundM?glicdemeitenAnsto?diezumotenPheysikstudium.nSelbigesDom?nengrenzgiltdf?rcNorman,holographiscderzimmerveinEbAugedankaufm?mehinenicpJohanners?nlicerbhenk,phRuszysikHaliscRosehendieZustandwiedergeDiskussionenwinelorfenihat.cOhneElektronenstreuung,denwiebutehaglicohlhendieUnomplizierteterscernahmehlupfZwbheiiiim
particularlyofconrecognizedinnewlyterestingbchelasselectronofnewmoDensitdernemateriale.sconisquanfelectronearerrtheoulationiceceramics.isTheirvcvharacteristiceloporderpreviousparameterofitosphenomenaawherermoeheasuinlptcoofulationquanetumycnhFirstlyeinmistrystatisticaltakingcess,platied,cespatialonstrategiesaensub-?resnellengthextendedscaletlyand,long-rangecesscouplings,holographice.g.demediaexcttheenegligidcouplibamytheelectrostatictheortostressandelds.scatteringFtrastsurthermore,bthe.particularsoftsubeeclassandofnewlymstateultiferroicstifypasossessesthemorefromthanholographiconeextended,orderoparametersandtoexhibitscourseanpreviouslyinabtriguingresolutioncoupliandnreconstructedgrmore,bbettowoeenwnthem,biprismwhicdelhtheistheinrealisticterestingamplitudebestigaothecfromfthematrixfundamengeneraltaldynamicsphofysicsretardationpwoinandtareoffoundviewTheasewoellatticeastreatedfromalgorithmaoftecInehnologicaplasmonslbinationvtheiranreconstructiontageanpbiningoinedt.eculWhiltransitionsecononscatteringationalmorevidefundamenoftalklevyehlinelasticitimagingisximations,desirablealgtoTheoryelucidateetheidenphandysicalelectromagneticdetailsiofdthehascouplingtacmecthanism,thethisproknoedwledgenecessarycouldtosubsequenquantlyeasurleadsystematictoinherennewwandIntecthathnologicalwlyoiny-spterestingarem,ultiferroicspatialmaterials,lopwhic,htooavurthercomeeraltheirvcurrendetindrathewbactkothatwonlye.g.onefromoft.thenoisembultipleincorporderortanparametersfisandappreciablyprolargeerrorwhileholographicallythephase.othersinstaiyesmall.scatteringDuettoconducted,thedensitshortofandt.longwsrangeelenaturevofframewthedescription.drivinghforces,electromagneticonebcbhallengespforcouplingthoroughlyeamunderstandinguanferroiclatterceramicsbiswithintheofcaharacterizationyofgmaterialhepropcrystalertiescewithiniaylargeelopiinnquantervscatteringalelemenofexcitationslengthe.g.scalescorefrominsevelasticeralntensoofholo-AcemdevAbstractdstocalculation.sub-?.algorithmTandodevthatappliedend,dictitscatteringisdipusefultotoproblemexploitmismatcthatwallulationsordervparametersncanobuser-friendlyeuingdescribndings,edareasSEMImacroscopicElectronelds,hase.g.written,electricthepelasticolarizationproorsubsequenstrain,diewhicth,oratinginelopturn,ThirdlycanFbT)ehaeithereendirectlydorandindirectlymoprobharacediwithsucancelectronatboundaries,eamdiculties,sproblemuctoheaskleduseddierenindirections:T,ransmissionwholeElectronimagingMicroscopcessyreview(TEM).andConsequeniftly,,orderTEMprisvideexcellentitativtlymsuitedeforforinandverrorsestigatingtferroicreconstructedmaterials,aies..e.,thestate-of-the-artofinstrumenprotstfacilitateoabnetrrholographaecicterrationsiidenonrstlycorrectedaimaginglimitingwithinenaelargeemagnicsecondlyationaindistortiontetherwvvalFcoevseveringcorrectionthehalengthescaleseenofvined,terest,orderincorrectparticularaforemthetionedatomicwregime.andAtgeneralrdraell-knowbacdisturbances,kFoffringesconthevlamenenThetionalholographicTEMmotechashniqueseenistotheoratelossimpoftphasetributioninformationromoriginallydetectorconconsequentainedtoinvidethestatisticscatteredbarselectronthewreconstructedaandvSecondlyeaninvtrotducedonbthyelectron-sprecordingimenonlyprotheielectronseldensitisyleading.aElecytdescriptionrontheHolographmeasuremenyTheislaanofadvtumancedctroTEMprotecihniquethethatorkfacilitatesthattheRelativisticcompletesucevasaluationofofeldsthehangedcometplexeenelectroneamwandaecimenvspin-orbite,ofwhicbh,electroninqcomtied,binationthewithisthetomanifoldepbleossibilitiesTEM.ofdecoherenceTEM,theprowvidesvratherbstraighstatisticaltforwnardtaccetsthermallysvingtolstaticofelecrtricsomsagneticbeldsawithindevtheedceramic.facilitatingNevparticularertheless,accuratequanticationticatioelasticnonofvyorderts.parameterslasticsucinhceramic,asbulktheorelectricelectrons,ptreatedolarizationcomorwithminscatteringuteidedetaitifylsrinleelectromagnetictheeldsgraphicstillprorequiresstotocorrelateeloptheethoexpforerimenaccuratetallyAgainedscatteringobservcomationselastictoinelasticphisysicalelopmoanddels,towhicrehpcoiarmconbineoftheoledetailsandofdiscussthelong-standingmiofcroscopictrastimaginghproetcess,eenthesimelectron-spandecimennscattering,enaimagingdTsolidprostateaphandysicstinofusethethespaecimen.wThepacgoalageof(SimthisofwMicroscoporkImaging)ibsntowhicifacilitatesnsimvofestigateandandscatteringadvcessesancethethetlimitswithinofrElectronnHolographapproyincorpastheadevtrulyedquanorithms.titativ,eyTEMunctiontec(DFhniquesolidandcalculationsapplyvthebndingsemploin,ee.g.,tothetifyinquanvstructuralestigationdicationsofcferroictceramics.ristInctheelds,lighhtoofcurrthengpreviouslydomaimenbtioneiii3 3
3
3 3 3
nm
eBaTiObtoelectricceramicstordistributionsBiFreOallferroicdev,lengthandwithincoharges,nFinallycvidesomitanrectlyimproproerror.videthemoedeltlysonsechelporrniteenon-ferrolatingevobservcableszeoftectheissues(holographic)isexpSingularerimenticationtetooutcdoharacteristicsuteoftothearematerials,ine.g..theporderiparameters.BornThissuccessfullyisscreeningparticularlyolarizationimplaortanecialt3Dwhengrs,taticccomplexeleccapabilitietrlimitedoerrorsmagneticincompleteelcusdseproofvidereconstructionnohdofiectorrectdeinformationvabvoutolarizatithetoorderwhereasparameter,ae.g.dicationtheharacteristicelectrictheptlyolariztitativation,ei.e.,Holographitlineariscorrelatingptoossibleoltowithcorrelateab-initiotheemeasurablebatomictopeeositionsytoandthehargeselectricectric/ferroperedolarizaatconsidersiuationoncwithinElectronlinearprespomographonsehtheorymeans.rAensoftdomainwAsareofpacarekyagetructioAparticularThAjection(AuTmainomatedthatAontomicharacterizationconementrasttomotaluetidned,ga)conhastomographicburthermore,eereconstructionntedevinelopmaedeldsfacilitatingtheanoutautomatedpttoniwnlikngofscales,atomicminpwositionsvandmoaduesubsequenctelectrondeterminationwithinofceramiclcurrenoinsuciencalquanpelyolarization.terprIntableaElectronfourthystep,Theelectronrespholographicprogram,expatomicerimenositionstsferroanalyzedpwitharthezationhelptheofofthecalculatedrevisedeectivimcaginghasproeencessappliedindeterminecomsizebinationcts,withlatheeknowidthswledgepgainecdinfromelscatteringelectrictheoryyaresystems.used,asspansectioninputthetoaltheofmoelectromagnetidelseldsestablishedyfromHolosolidastatehiphTysicsytowhicyieldproquanthetitativtoeharacteinformationiabevoutmorebulk3Dferrowelectriccongurations.materialsthesucshtheashniqueBaTiOstillypicalbandholographicPbTiOonstnandandmoretomographiccomplicatedsuccongurationsassucprohdata,ashedomafoinofwsectionallsputinthBiFceOandwithinvitreconstructionthecess.graphandcKNbOproivA.VItbasedismethofoundisthatelopparticularwhicatomfacilitatesicquanshiftsandctrolharacteristictheforreconstructionferroFelectricsvproeldvideisthexmostnreliadborderltreategneticquanectortitativleakingefrominformationreconstructionabolume.m
erroischeKeramderdenteikDetektorsenundbildenebeineelle.bUesondersscindellen,teressanElektronenholographietekKlasseiscmozumdernerefunktionalerObWwirderksktoeerm?glic.Elektronen-ObIhrUncbha-onrakteristiscungheritert.OrdnvudiengsparamemterenistDicdasneErgebnisquanquanheteelcnelccol?bhemiscnderfrhererProzessekirneserneiterungrundhalherbeiteneinerearbsub-?ZielL?n-sgenskyalanicunderstensspr?umlicezischkheranderelangreickhbwdamiteiundtigerunKhologra-opplungen,ewwelcderheunbElektroneneispielsweweelteniseQdurcEinhkelektromagnetischeheannotrastenderAnSpannexpungsfelderysikvdieermitteltBild-wdererden.desDesbinieren.WesteheiterenungbhkesitztediewbtersucesondereLicUntenterklassePrderRicMultiferroikerden:aBildgebungsprozessmehrenalssteinenherOrdnonstruiertenungsparametergegebundwurdenzeigtanneineidenfasegrenzendezzwinierendeder