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DFG-Projekt „Bayesian compressed sensing for nanoscale chemical mapping in the mid-infrared regime“ gestartet

17.02.2020

Anfang diesen Jahres wurde das DFG-Projekt „Bayesian compressed sensing for nanoscale chemical mapping in the mid-infrared regime“ gestartet. Das Ziel des Projektes ist es, die bei der Rastersonden-basierten Spektroskopie mit breitbandiger Infrarot-Synchrotronstrahlung bei hohem Messzeitaufwand erzeugten großen Datenmengen zu reduzieren. Die pixelweise Datenerfassung beim herkömmlichen Fourier-Transformationsverfahren führt zu einer sehr langen Dauer bei der Datenaufnahme, wodurch Strahlenschäden an der untersuchten Probe begünstigt werden.

Im Rahmen des Projektes soll ein neuartiges hyperspektrales Bildgebungsverfahren auf der Grundlage des Bayes'schen Compressed Sensing (BCS) entwickelt werden. Es wird einerseits das mathematische Konzept für diese Variante des BCS entwickelt, andererseits ist auch die Implementierung des Verfahrens für ein Rastersondenmikroskop (SPM) mit variabler Proben- und Interferometerpositionierung enthalten, so dass damit der herkömmliche, zeitaufwendige Ansatz der pixelweisen Datenaufnahme signifikant verbessert wird. Im Rahmen von Vorarbeiten konnte mit einem vereinfachten Ansatz für ein Anwendungsbeispiel bereits die erfolgreiche Rekonstruktion der spektralen Eigenschaften einer Oberfläche im Nanometerbereich unter Verwendung von nur 1/10 aller Messpunkte gezeigt werden [1].

Das Projekt wird nicht nur die hyperspektrale Bildgebung im Nanobereich ermöglichen, sondern es wird signifikanter Fortschritt beim selektiven Nachweis und der chemischen Nachweisempfindlichkeit im Nanobereich möglich. Die daraus resultierende schnelle chemische Nano-Imaging-Technik verspricht einen breiten Einsatz im akademischen und industriellen Umfeld, insbesondere in der angewandten Nano- und Biomaterialforschung.

Das Projekt wird gemeinsam von den PTB-Arbeitsgruppen Datenanalyse und Messunsicherheit und IR-Spektrometrie, sowie der Arbeitsgruppe von Prof. Rühl an der Freien Universität Berlin bearbeitet.

[1] B. Kästner, F. Schmähling, A. Hornemann, G. Ulrich, A. Hoehl, M. Kruskopf, K. Pierz, M. B. Raschke, G. Wübbeler, and C. Elster, "Compressed sensing FTIR nano-spectroscopy and nano-imaging," Opt. Express 26, 18115 (2018).

Ansprechpartner:

B. Kästner, 7.11, E-Mail: Opens window for sending emailBernd.Kaestner(at)ptb.de
C. Elster, 8.42, E-Mail: Opens window for sending emailClemens.Elster(at)ptb.de