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W. Hetaba:
"The Theory and Application of Inelastic Coherence in the Electron Microscope";
Supervisor, Reviewer: P. Schattschneider, R. Schlögl, F. Hofer; 138, 2015; oral examination: 2015-10-29.

In this work, two seemingly unrelated techniques, "energy-loss magnetic chiral dichroism" (EMCD) and "energy losses by channelled electrons"(ELCE), are described under the unifying principle of interferometric electron energy loss spectrometry (EELS). To this end, the theoretical formulations of interferometric EELS, ELCE and EMCD are presented. For both, ELCE and EMCD, simulations combining elastic and inelastic scattering effects are performed to discuss the influence of dynamical diffraction and beam convergence on the experimental results. Furthermore, EMCD is applied in course of a thorough TEM investigation of different Heusler alloys as well as magnetite, discussing its reliability concerning a daily use. The chosen materials exhibit a magnetostructural phase transition which can be investigated in-situ using EMCD gaining knowledge about the changes of the magnetic properties. Combining simulations and experiments paves the way for tailoring of the magnetic phase transition of materials for use in spintronics. The ELCE technique is applied to site-specifically investigate the change of the fine-structure as final states of different character are probed in rutile. It is shown that a combined Bloch wave and DFT simulation exhibits excellent agreement with the experimental spectra. The presented work shows that the combination of simulations of dynamical diffraction effects and electronic structure calculations is necessary to interpret results of ELCE and EMCD measurements. These techniques can be applied in future experiments to investigate for example the magnetic properties at surfaces and interfaces and to gain site-specific information about the bonding situation in crystals. Thus, they provide sophisticated means for electron microscopical analyses in fields like functional materials, spintronics and catalysis.

In der vorliegenden Arbeit werden zwei auf den ersten Blick unabhängig erscheinende Techniken, "Energieverlust magnetisch chiraler Dichroismus" (EMCD) und "Energieverluste durch kanalisierte Elektronen" (ELCE), unter dem gemeinsamen Prinzip der interferometrischen Elektronenenergieverlustspektrometrie (EELS) beschrieben. Dazu werden die theoretischen Formulierungen der interferometrischen EELS, ELCE und EMCD dargestellt. Sowohl für ELCE als auch für EMCD werden Simulationen durchgeführt, die elastische und inelastische Streueffekte verbinden, um den Einfluss der dynamischen Beugung und Strahlkonvergenz auf die experimentellen Ergebnisse zu untersuchen. Weiters wird EMCD im Rahmen von ausführlichen TEM-Untersuchungen von unterschiedlichen Heusler-Verbindungen und Magnetit verwendet. Dabei wird die Zuverlässigkeit in Hinblick auf den täglichen Gebrauch der Technik diskutiert. Die ausgewählten Materialien zeigen einen magnetostrukturellen Phasenübergang, der unter Verwendung von EMCD in-situ untersucht werden kann, um mehr Informationen über die Änderung der magnetischen Eigenschaften zu erhalten. Die Verbindung von Simulationen und Experimenten ermöglicht es, den magnetischen Phasenübergang für Materialien in der Spintronic maßzuschneidern. Die ELCE Technik wird angewendet um die Änderung der Feinstruktur in Rutil bei Anregung von Endzuständen unterschiedlichen Charakters ortsspezifisch zu untersuchen. Kombinierte Blochwellen- und DFT-Simulationen zeigen exzellente Übereinstimmung mit den experimentellen Spektren. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Kombination von Simulationen dynamischer Beugungseffekte und Berechnungen der elektronischen Struktur notwendig ist um die Ergebnisse von ELCE und EMCD Messungen zu interpretieren. Diese Techniken können in zukünftigen Experimenten angewendet werden um z.B. die magnetischen Eigenschaften von Oberflächen und Grenzflächen zu untersuchen und um ortsabhängige Informationen über die Bindungen in Kristallen zu erhalten. Sie stellen hochentwickelte Mittel für elektronenmikroskopische Analysen in Gebieten wie funktionelle Materialien, Spintronics und Katalyse bereit.