Atomar auflösende Holographie ist eine Methode, die Nachbarschaft eines Atoms modellfrei zu rekonstruieren. Sie wird seit einigen Jahren erfolgreich mit Hilfe niederenergetischer Elektronen zur Oberflächenanalyse verwendet. Zur Untersuchung der Festkörpereigenschaften werden dagegen Röntgenstrahlen genutzt, da diese tiefer in die Probe eindringen können.
In dieser Arbeit wird geprüft, ob es auch mit hochenergetischen Elektronen möglich ist, Festkörpereigenschaften holographisch zu untersuchen, um dadurch den Aufwand der Experimente zu verringern. Es zeigt sich jedoch, dass die die starke Wechselwirkung der hochenergetischen Elektronen mit Materie eine holographische Auswertung der Messdaten verhindert.
Da bei der Holographie mit Röntgenstrahlung das Verhältnis von Signal zu Untergrund mit einem Faktor von 10-4 nur sehr klein ist, wird eine möglichst hohe Messstatistik der Daten benötigt. Es werden neü Ansätze zur Detektion vorgestellt, die dieses ermöglichen sollen: Zum einen wird die von der Probe emittierte Fluoreszenzstrahlung mit Hilfe von Analysatorkristallen auf eine Diode fokussiert. Zum anderen werden alle von der Probe emittierten Augerelektronen in einer neu entwickelten Messzelle integral detektiert. Beide Methoden liefern eine wesentlich bessere Statistik der Messdaten als bisherige Experimente.
Dennoch zeigt sich, dass sich die Qualität der holographischen Rekonstruktionen dieser Daten im Vergleich zu bisherigen Messungen nur unwesentlich verbessert hat. Hier wird gezeigt, dass dieses auf den Einfluss der weit vom untersuchten Atom entfernt liegenden Nachbaratome zurückzuführen ist und dass diese nicht aus den Hologrammdaten entfernt werden können, ohne dabei Artefakte in den Rekonstruktionen zu erzeugen. Ihre langreichweitige Ordnung führt in kristallinen Proben jedoch zur Ausbildung von Kossel-Linien. Es Zeigt sich, dass diese alleine ausreichen, um in der Rekonstruktion Artefakte an richtigen Atompositionen zu erzeugen.
Damit ist es nicht möglich, die atomar auflösende Holographie mit Röntgenstrahlen auf kristalline Proben anzuwenden. Dieses stellt die Ergebnisse der meisten bisher veröffentlichten Arbeiten zumindest teilweise in Frage.
Atomic resolution holography is a model-free method to reconstruct the neighborhood of an atom. In recent years it has been successfully applied to surface analysis using low-energy electrons. Due to their larger penetration depth, X-rays are used to determine the bulk properties of the sample.
This work examines the possibility to use high-energy electrons to holographically probe bulk properties. This would reduce the experimental effort tremendously. However, it appears that the strong interaction of the high-energy electrons with matter prevents a holographic analysis of the measured data.
Due to the small (10-4) signal-to-background ratio in x-ray holography, the statistics of the measured data should be as high as possible. New detection approaches to make this possible are shown: First, the fluorescence radiation of the sample is focused on the detector using an analyzer crystal. Second, all Auger electrons emitted from the sample are detected by a new measurement cell. Both methods produce data with statistics better than all previous measurements.
Nevertheless, the quality of the holographic reconstructions of these data appears to be only marginally better than that of the previous measurements. It is shown that this is due to the influence of the distant neighbor atoms of the examined atom. It is not possible to remove these from the holographic data without producing artifacts in the reconstruction. The long-range order in crystalline samples leads to the formation of Kossel lines. It is shown than these patterns alone are sufficient to produce artifacts at true atomic positions in the reconstruction.
Therefore, it is not possible to use atomic-resolution x-rays holography with crystalline samples. This makes the results of most of the previous published works questionable.