Forum: Wissenschaft
Elektronenmikroskopie: Physiker erzeugen 3D-Bild aus 2D-Aufnahme
Forschungszentrum Jülich

Aus einer einzigen zweidimensionalen Aufnahme haben Forscher die dreidimensionale Struktur eines Kristalls berechnet. Geht nicht? Doch - dank Quantenmechanik.

Seite 1 von 2
Layer_8 23.09.2014, 08:06
1. Scheint...

...sowas wie ein Hologramm zu sein, wenn Interferenzen zu Hilfe genommen werden. Dann unterscheidet sich formell nicht viel von der Wellenoptik. Hologramme sind ja, materialtechnisch gesehen, auch zweidimensional. Für die 3-D Rekonstruktion braucht man halt wieder kohärentes (nicht-thermisches) Licht/Elektronen, was bei Elektronen nicht besonders schwierig ist.

Beitrag melden Antworten / Zitieren
Zitrone! 23.09.2014, 09:50
2.

Nein, ich glaube nicht, dass das was mit einem Hologramm zu tun hat. Zwar ist die Wechselwirkung der Elektronen mit den Atomen quantenmechanisch, aber letztlich passiert hier nicht viel mehr, als dass man den "Schattenwurf" der Atome betrachtet. (Wenn ich den Vorhang vor dem hellen Fenster betrachte, erkenne ich seine 3-dim. Struktur auch auf einen Blick!)

Es gehen ja auch Vorannahmen ein, die zusätzliche Informationen liefern, z.B. die Ausrichtung des Kristallgitters. Allerdings erreicht man durch die angefitteten Simulationsrechnungen offenbar eine sehr hohe Genauigkeit - und in dieser Technik dürfte auch der entscheidende wissenschaftliche Erkenntnisgewinn liegen: Wie macht man sowas geschickt?

Beitrag melden Antworten / Zitieren
Layer_8 23.09.2014, 10:12
3. So gesehen...

Zitat von Zitrone!
Nein, ich glaube nicht, dass das was mit einem Hologramm zu tun hat. Zwar ist die Wechselwirkung der Elektronen mit den Atomen quantenmechanisch, aber letztlich passiert hier nicht viel mehr, als dass man den "Schattenwurf" der Atome betrachtet. (Wenn ich den Vorhang vor dem hellen Fenster betrachte, erkenne ich seine 3-dim. Struktur auch auf einen Blick!) Es gehen ja auch Vorannahmen ein, die zusätzliche Informationen liefern, z.B. die Ausrichtung des Kristallgitters. Allerdings erreicht man durch die angefitteten Simulationsrechnungen offenbar eine sehr hohe Genauigkeit - und in dieser Technik dürfte auch der entscheidende wissenschaftliche Erkenntnisgewinn liegen: Wie macht man sowas geschickt?
...wäre das dann aber nicht so sensationell. Um Kristalle zu beschreiben, braucht man auf Grund deren Symmetrie ja per se nicht viel Information. Deren Schatten (Strahlenoptik) reicht dann aus, je nach Einfallsrichtung des Lichtes/Elektronen. Den Rest besorgen dann relativ einfache Berechnungen. Dies hier wäre dann nur ein Schattenwurf in viel kleineren Dimensionen, als es bei Licht möglich ist. Quantenmechanik besteht aber prinzipiell aus Amplituden und deren Interferenzen, also sehe ich dieses Experiment als Elektronenholografie.

Beitrag melden Antworten / Zitieren
Zitrone! 23.09.2014, 10:35
4.

Hm, ich sehe das etwas anders. Ich hatte "Schatten" auch bewußt in Anführungszeichen gesetzt. Die Berechnung des resultierenden Wellenfeldes ist natürlich genuin quantenmechanisch (also im Wesentlichen wohl wellenoptisch) und vermutlich ziemlich tricky.

Als Hologramm sehe ich das aber trotzdem nicht. Dazu gehört nach meinem Verständnis ein zweiter ungestörter Strahl, der zur Interferenz und später zur Rekonstruktion des 3-D-Wellenfeldes benötigt wird. Davon ist hier nirgends die Rede.

Beitrag melden Antworten / Zitieren
The.Dreadful.Bard. 23.09.2014, 10:49
5. .

Es kommt doch nur darauf an, ob in der 2D-Darstellung genügend Informationen über die 3D-Anordnung vorhanden sind. Genau dies leistet aber schon ein Laue-Diagramm (etwa 100 Jahre her).

Beitrag melden Antworten / Zitieren
Layer_8 23.09.2014, 12:40
6. Von Laue...

Zitat von The.Dreadful.Bard.
Es kommt doch nur darauf an, ob in der 2D-Darstellung genügend Informationen über die 3D-Anordnung vorhanden sind. Genau dies leistet aber schon ein Laue-Diagramm (etwa 100 Jahre her).
...ist aber kein direktes 3D Bild wie hier, sondern ein "umgekehrtes" (inverses) Gitter. Und die Streuung bei von Laue erfolgt auch optisch, mit reellen Amplituden. Die quantenmechanischen Amplituden sind komplex. Ist schon ein Unterschied.

Beitrag melden Antworten / Zitieren
galrond.klauenhand 23.09.2014, 12:42
7. Der Clou ...

ist hier wohl die Rekonstruktion der Struktur von Oberflächen, die senkrecht zum Elektronenstrahl liegen. Das kann ein Lauediagramm nicht "leisten".

Beitrag melden Antworten / Zitieren
d_grat 23.09.2014, 12:55
8. Fette story

Ein Kristall als Beispielsystem zeugt von extremer Schaffenskraft.

Beitrag melden Antworten / Zitieren
Zitrone! 23.09.2014, 14:36
9.

Zitat von Layer_8
...ist aber kein direktes 3D Bild wie hier, sondern ein "umgekehrtes" (inverses) Gitter. Und die Streuung bei von Laue erfolgt auch optisch, mit reellen Amplituden. Die quantenmechanischen Amplituden sind komplex. Ist schon ein Unterschied.
Die hier verwendeten Bilder sind aber weder typische Interferenzbilder, noch enthalten Sie eine Phaseninformation. Aufgenommen wird lediglich 2-dim. ortsaufgelöst die Intensität.

Beitrag melden Antworten / Zitieren
Seite 1 von 2