Energiegefilterte Transmissionselektronenmikroskopie

Energiegefilterte Transmissionselektronenmikroskopie (engl. energy filtered transmission electron microscopy; EFTEM) ist eine Variante der Transmissionselektronenmikroskopie. Sie nutzt die unterschiedliche Bewegungsenergie der Elektronen nach dem Probendurchgang für eine chemische Analyse der Probe.

Prinzip

Bestrahlt man eine sehr dünne Probe mit einem Strahl hochenergetischer Elektronen, dann durchdringt ein Großteil der Elektronen die Probe ungehindert, ein Teil tritt jedoch mit der Probe in Wechselwirkung. Sie werden elastisch unter Richtungsänderung und inelastisch unter Änderung von Richtung und Geschwindigkeit gestreut. 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 Elektronenenergieverlustspektroskopie (kurz EELS, von englisch: electron energy loss spectroscopy). Anhand typischer Intensitätsverläufe in einem EELS-Spektrum (etwa einer Ionisationskante) 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 es, die Verteilung von Elementen in der Probe bildlich 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 einer bestimmten kinetischen Energie auszuwählen, werden sie zunächst entsprechend ihrer Energie sortiert. Dies geschieht dadurch, dass die Elektronen ein Magnetfeld durchlaufen, in dem 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.