Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spezieller Spiegel schärft Elektronenmikroskopen den Blick

08.12.2006
Spektro-Elektronenmikroskope sind Geräte, die Spektroskopie und Mikroskopie miteinander verknüpfen, dadurch können mit hoher räumlicher Auflösung nicht nur strukturelle sondern auch chemische, elektronische und magnetische Informationen einer Probe gewonnen werden. Für die Entwicklung eines derartigen Gerätes mit deutlich höherer Auflösung und Transmission als bisher möglich wird heute am Berliner Elektronensynchrotron BESSY der Innovationspreis Röntgenstrahlung vergeben.

Die Nanotechnologie ist eines der großen Wissenschaftsfelder - Strukturen und Partikel, die nur wenige Nanometer (also wenige Millionstel Millimeter) groß sind, spielen schon heute eine wichtige Rolle und werden in Zukunft noch verstärkt zum Einsatz kommen. Deswegen benötigen Wissenschaftler immer bessere Instrumente, mit denen sie Untersuchungen auf der Nanometerskala durchführen können.

Wilfried Engel vom Fritz-Haber-Institut (mittlerweile verstorben), Dirk Preikszas von Carl Zeiss und Thomas Schmidt von der Universität Würzburg haben maßgeblich ein Spektro-Elektronenmikroskop - ein Gerät, welches die Mikroskopie mit der Spektroskopie verknüpft - entwickelt, dessen Auflösung deutlich höher ist als die vergleichbarer Geräte und das zudem ein sehr viel stärkeres Signal liefert. Für diese Entwicklung, die sie SMART getauft haben, werden sie heute mit dem Innovationspreis Synchrotronstrahlung gewürdigt.

Ähnlich wie mit Licht lassen sich mit Elektronen kleine Strukturen abbilden, da sich gemäß dem Welle-Teilchen-Dualismus Elektronen auch wie eine Welle verhalten. Allerdings liefert die Elektronenmikroskopie nicht nur eine bis zu 20.000fach bessere Auflösung als die Lichtmikroskopie, sie ist auch vielseitiger, weil sie sich mit verschiedenen Messmethoden kombinieren lässt. So lässt sich nicht nur die Oberflächenstruktur einer Probe mit "externen" Elektronen abbilden, die aus einer Elektronenkanone auf die Probe geschossen und dort reflektiert werden. Es lassen sich darüber hinaus Abbildungen mit Photoelektronen erzeugen, die durch die Bestrahlung mit Synchrotronlicht beispielsweise von BESSY aus der Probe herausgelöst werden. Deshalb wird diese Mikroskopart als Photoelektronen-Emissionsmikroskop (PEEM) bezeichnet. Da die Photoelektronen direkt aus dem Material kommen, tragen sie die für die Nanotechnologie wichtigen Informationen über chemische, elektronische und magnetische Eigenschaften der Probe, die durch geeignete spektroskopische Verfahren analysiert werden können.

In der Elektronenmikroskopie ersetzen magnetische oder elektrostatische Linsen die Glaslinsen in der Lichtmikroskopie. Während aber die Abbildungsfehler der Glaslinsen nahezu vollständig u.a. durch Kombinationen konkaver und konvexer Linsen korrigiert werden können und die Auflösung nur noch durch die Wellenlänge des Lichtes begrenzt wird, lassen sich keine konkaven Linsen für Elektronen konstruieren. Durch die Verwendung von Blenden erreichte man bisher bei PEEMs eine bestmögliche Auflösung von rund 10 Nanometern, das ist rund zehnmal schlechter als prinzipiell möglich. Zudem wird die Abbildung durch das Ausblenden eines Teils des Elektronenstrahls deutlich "dunkler". Dies erschwert bspw. die Beobachtung von zeitaufgelösten Prozessen oder strahlungsempfindlichen Proben.

Bei SMART gelang es nun den Physikern, die Linsenfehler mit Hilfe eines speziellen optischen Elementes zu korrigieren, und zwar mit einem Elektronenspiegel. Dadurch wird die Auflösung nicht nur auf unter 3 Nanometer verbessert, auch der Einsatz der Blenden ist nahezu überflüssig, so dass das Elektronenbild rund hundertmal "heller" ist als bei herkömmlichen Elektronenmikroskopen.

Alle Methoden, die SMART vereint, könnten z.B. bei der Untersuchung neuartiger katalytischer Materialien eingesetzt werden, welche aus speziellen Nanoclustern auf geeigneten Oberflächen bestehen: Hierbei könnte die katalytische Wirkung einzelner Cluster in Abhängigkeit von Zusammensetzung, Größe und Abstand zu benachbarten Clustern bestimmt werden. Dabei könnten alle Untersuchungen unmittelbar hintereinander an Ort und Stelle an ein und derselben Probe gemacht werden. Andere Forschungsgebiete wären z.B. die Untersuchung von Kristallwachstum, von Quantenpunkten oder von magnetischen Speichern.

Der Europa weit ausgeschriebenen Innovationspreis Synchrotronstrahlung wird vom Verein der Freunde und Förderer BESSYs für eine herausragende, maßgeblich zur Weiterentwicklung der Technik, Methodik oder Nutzung von Synchrotronstrahlung beitragende Leistung vergeben.

Dr. Markus Sauerborn | idw
Weitere Informationen:
http://www.bessy.de/

Weitere Berichte zu: Elektron Elektronenmikroskop Nanometer Smart

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas
19.09.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern
15.09.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik