Presevna elektronska mikroskopija

Namen predmeta je podati študentom osnovna znanja s področja presevne elektronske mikroskopije in mikroanalize in na osnovi primerov pokazati izjemne zmožnosti tehnik povezanih s to mikroskopijo. Pri razumevanju in razvoju novih materialov z načrtovanimi lastnostmi je poznavanje strukture in kemijske sestave na atomskem nivoju ključnega pomena. Večino makroskopskih lastnosti lahko razložimo s strukturo na atomski ravni.
Študenti dobijo osnovna znanja, izkušnje in kompetence za načrtovanje poskusov v presevnem elektronskem mikroskopu in za analizo in interpretacijo rezultatov.

/

• Interakcija elektronov s trdno snovjo
• Konvencionalna presevna elektronska
  mikroskopija (CTEM – instrumentacija, vrste kontrastov, opazovanje v svetlem in temnem polju, priprava vzorcev)
• Elektronska difrakcija (analiza uklonskih slik, indeksiranje, conske osi, kristalografski odnosi)
• Visokoločljivostna presevna elektronska mikroskopija (HRTEM –prenosna funkcija kontrasta, osnove faznega kontrasta in nastanka interferenčne slike, vpliv debeline in defokusa)
  Vrstična presevna elektronska mikroskopija (STEM – tipi detektorjev in informacije, ki jih dobimo)
• STEM mikroskopija z uporabo korektorja sferičnih napak leč (kaj nam omogoča atomska ločljivost)
• Kvantitativna STEM mikroskopija na atomskem nivoju (določanje pozicije in intenzitete atomskih kolon)
• Simulacija HRTEM in STEM slik (postavitev modela strukture in izračun HRTEM, HAADF in ABF slik z multi-slice frozen-phonon metodo)
• Energijska spektroskopija rentgenskih žarkov (EDXS) v presevnem elektronskem mikroskopu (določanje elementne kemijske sestave, kartiranje porazdelitve elementov)
• Spektroskopija izgub energije elektronov (EELS) v presevnem elektronskem mikroskopu (določanje elementne sestave, valenčnega stanja in koordinacije elementov, merjenje debeline vzorca, kartiranje)
• TEM/STEM tomografija (določanje 3D strukture vzorca)
• In-situ tehnike (segrevanje, hlajenje, električne in elektrokemijske meritve v presevnem elektronskem mikroskopu)
• Tipične uporabe sodobnih tehnik TEM in STEM mikroskopije pri določanju kristalne strukture, napak v kristalni strukturi in kemijske sestave na atomskem nivoju

Študenti se spoznajo z osnovnimi principi delovanja, instrumentacijo ter uporabo presevne (vrstične) elektronske mikroskopije, energijske spektroskopije rentgenskih žarkov in spektroskopije izgub energije elektronov. Naučijo se kako pravilno pripraviti vzorce in določiti eksperimentalne pogoje, kako zasnovati analize in izbrati ustrezne tehnike. Pri individualnem delu pod nadzorom nosilca predmeta se naučijo osnov centriranja in uglaševanja mikroskopa ter zbiranja podatkov (slik, uklonskih slik, spektrov, itd.).
Naučijo se samostojno analizirati dobljene rezultate in jih pravilno interpretirati.
Vsa ta znanja jim bodo omogočala pri nadaljnjem razvojnem ali raziskovalnem delu v znanosti ali industriji pravilno izbrati metode preiskav in ustrezno analizirati rezultate.

• Jingyue Liu, Advances and Applications of Atomic-Resolution Scanning Transmission Electron Microscopy, Microscopy and Microanalysis , Volume 27 , Issue 5 , October 2021 , pp. 943 – 995, Cambridge University Press, August 2021 https://doi.org/10.1017/S1431927621012125 E-gradivo
• Karel Hendrik Wouter van den Bos, Thomas Altantzis, Annick De Backer, Sandra Van Aert & Sara Bals (2018) Recent breakthroughs in scanning transmissionelectron microscopy of small species, Advances in Physics: X, 3:1, 1480420 https://doi.org/10.1080/23746149.2018.1480420 E-gradivo
• C. Barry Carter and David B. Williams, Transmission Electron Microscopy, Diffraction, Imaging, and Spectrometry, 2016, Springer International Publishing Switzerland, eBook ISBN 978-3-319-26651-0 https://doi.org/10.1007/978-3-319-26651-0
• Stephen J. Pennycook and Peter D. Nellist, Scanning Transmission Electron Microscopy, Imaging and Analysis, 2011, Springer-Verlag New York, eBook ISBN 978-1-4419-7200-2 https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7200-2 E-gradivo
• R.F. Egerton, Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, 2011, Springer US, eBook ISBN 978-1-4419-9583-4 https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9583-4 E-gradivo
• Christoph Koch, Determination of core structure periodicity and point defect density along dislocations, ProQuest Dissertations And Theses; Thesis (Ph.D.), Arizona State University, 2002, Publication Number: AAI3042580, ISBN: 9780493562612 E-gradivo
• Vesta - program za modeliranje kristalnih struktur. E-gradivo
• QSTEM - programi za simulacijo STEM slik. E-gradivo
• Interaktivni portal za elektronsko mikroskopijo. E-gradivo

40/60 Individualne projektne naloge pri posameznih tematikah predmeta, ki jih kandidat zagovarja v diskusiji z nosilcem predmeta. Zaključni projekt, ki je povezan z raziskovalnim delom in ga kandidat ustno predstavi pred ostalimi študenti.

Prof. dr. Goran Dražić (h=29) je vodja skupine za Elektronsko mikroskopijo in katalizatorje na Odseku za kemijo materialov na Kemijskem inštitutu v Ljubljani in redni profesor na Mednarodni podiplomski šoli Jožefa Stefana v Ljubljani, kjer od leta 2005 predava o presevni elektronski mikroskopiji na drugi in tretji stopnji študija na smeri Nanoznanosti in Nanotehnologije. Doktoriral je leta 1990 na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo v Ljubljani in bil na podoktorskem izpopolnjevanju na inštitutu Forschungscentrum Jülich v Nemčiji. Njegovo ožje področje raziskav je razvoj in uporaba metod elektronske mikroskopije in spektroskopije na atomskem nivoju pri študiju sodobnih anorganskih materialov ter študij procesov in razvoj materialov za fotokatalizo in katalizatorje za gorivne celice. Njegova bibliografija obsega več kot 210 znanstvenih člankov v mednarodnih revijah, okoli 40 vabljenih predavanj na mednarodnih srečanjih ter 10 objavljenih poglavij v knjigah. Leta 2000 je prejel Zoisovo priznanje za pomembne znanstvene dosežke na področju elektronske mikroskopije.

Izbrane objave:
1. MEHMOOD, Asad, GONG, Mengjun, JAOUEN, Frédéric, ROY, Aaron, ZITOLO, Andrea, KHAN, Anastassiya, SOUGRATI, Moulay Tahar, PRIMBS, Mathias, MARTINEZ BONASTRE, Alex, FONGALLAND, Dash, DRAŽIĆ, Goran, STRASSER, Peter, KUCERNAK, Anthony. High loading of single atomic iron sites in Fe–NC oxygen reduction catalysts for proton exchange membrane fuel cells. Nature Catalysis, Apr. 2022, vol. 5, iss. 4, str. 311-323, ISSN 2520-1158. doi: 10.1038/s41929-022-00772-9, IF = 41,8

1. BENČAN, Andreja, OVEISI, Emad, HASHEMIZADEH, Sina, VEERAPANDIYAN, Vignaswaran K., HOSHINA, Takuya, ROJAC, Tadej, DELUCA, Marco, DRAŽIĆ, Goran, DAMJANOVIĆ, Dragan. Atomic scale symmetry and polar nanoclusters in the paraelectric phase of ferroelectric materials. Nature communications, ISSN 2041-1723, 2021, vol. 9, doi: 10.1038/s41467-021-23600-3, IF = 14,9

2. LI, Jingkun, SOUGRATI, Moulay Tahar, ZITOLO, Andrea, ABLETT, James M., OĞUZ, Ismail Can, MINEVA, Tzonka, MATANOVIC, Ivana, ATANASSOV, Plamen, HUANG, Ying, ZENYUK, Iryna, CICCO, Andrea Di, KUMAR, Kavita, DUBAU, Laetitia, MAILLARD, Frédéric, DRAŽIĆ, Goran, JAOUEN, Frédéric. Identification of durable and non-durable FeNxFeNx sites in Fe-N-C materials for proton exchange membrane fuel cells. Nature Catalysis, ISSN 2520-1158, Published 07 December 2020, doi: 10.1038/s41929-020-00545-2, IF = 41,8

3. CHOI, Chang Hyuck, LIM, Hyung-Kyu, CHUNG, Min Wook, CHON, Gajeon, SAHRAIE, Nastaran Ranjbar, ALTIN, Abdulrahman, SOUGRATI, Moulay Tahar, STIEVANO, Lorenzo, OH, Hyun Seok, PARK, Eun Soo, LUO, Fang, STRASSER, Peter, DRAŽIĆ, Goran, MAYRHOFER, Karl, KIM, Hyungjun, JAOUEN, Frédéric. The Achilles' heel of iron-based catalysts during oxygen reduction in an acidic medium. Energy & environmental science, ISSN 1754-5706, 2018, vol. 11, iss. 11, p. 3176-3182. doi: 10.1039/C8EE01855C, IF = 33,3

4. ROJAC, Tadej, BENČAN, Andreja, DRAŽIĆ, Goran, SAKAMOTO, Naonori, URŠIČ NEMEVŠEK, Hana, JANČAR, Boštjan, TAVČAR, Gašper, MAKAROVIČ, Maja, WALKER, Julian, MALIČ, Barbara, DAMJANOVIĆ, Dragan. Domain-wall conduction in ferroelectric BiFeO3 controlled by accumulation of charged defects. Nature materials, ISSN 1476-1122, 2017, vol. 16, no. 3, p. 322-327, doi: 10.1038/nmat4799, IF = 39,2