PICO und SALVE: Subatomare Welten besser verstehen

Völlig neue Möglichkeiten für die physikalische und materialwissenschaftliche Forschung eröffnen zwei neue hochauflösende Transmissionselektronenmikroskope, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mitfinanziert werden.

Die Forschungsgeräte an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) und der Universität Ulm ebnen den Weg dafür, die neuesten außerordentlichen Entwicklungen auf dem Gebiet der Elektronenoptik nach Deutschland zu holen und einem breiten Nutzerkreis zur Verfügung zu stellen.

„Mit den beiden Großgeräten hat Deutschland die große Chance, im Bereich der Elektronenmikroskopie weiter ganz vorne dabei zu sein“, sagt Burkhard Jahnen aus der DFG-Geschäftsstelle, der als Programmdirektor für Materialwissenschaften und Werkstofftechnik sowie Elektronenmikroskopie zuständig ist. Durch die neuartigen Geräte können in Zukunft nicht nur neue Materialien mit höherer Leistungsfähigkeit erforscht werden, etwa für die Energieforschung oder die Informations- und Kommunikationstechnik, sondern es wird auch ein völlig neues Feld der Materialforschung erschlossen, das durch die bisher verfügbaren elektronenoptischen Untersuchungsmethoden nicht zugänglich ist.

Mit dem der RWTH Aachen bewilligten „PICO“ (Advanced Picometre Resolution Project)-Mikroskop wird das Auflösungsvermögen von Elektronenmikroskopen in bislang unvorstellbarer Weise erweitert: Weltweit erstmalig können atomare Positionen mit einer Auflösung von 50 Picometern – ein Picometer entspricht einem Hunderstel eines Atomdurchmessers – bestimmt und somit die Leistung der derzeitigen Gerätegeneration verdoppelt werden. Damit lassen sich nicht nur Einzelatome beobachten, sondern es können auch Atomabstände und Atomverschiebungen mit einer Genauigkeit von etwa einem Picometer vermessen werden. Gleichzeitig lassen sich durch die spektroskopische Analyse die Natur der untersuchten Atome und ihre chemischen Bindungsverhältnisse aufklären.

Die DFG fördert das insgesamt rund 15 Millionen Euro teure PICO-Projekt mit 2,5 Millionen Euro. Das Land Nordrhein-Westfalen stellt Gelder in gleicher Höhe zur Verfügung. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung steuert Mittel für zusätzliche Gerätekomponenten sowie bauliche Maßnahmen bei. Standort des neuen Mikroskops wird das Ernst Ruska-Centrum (ER-C) für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen sein, das von der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) betrieben wird. Das ER-C zählt zu den international führenden Forschungszentren auf dem Gebiet der ultrahochauflösenden Elektronenmikroskopie.

In einem Bereich, der die Forschung vor große Herausforderungen stellt, liegt die Auflösung des Niederspannungs-Transmissionselektronenmikroskops des Projekts „SALVE“ (Sub-Ångstrøm Low Voltage Transmission Electron Microscopy) der Universität Ulm. Das Interesse dieses Projekts besteht vor allem darin, die einzelnen Atome von strahlenempfindlichen Materialien für die Nanotechnologie abzubilden, die in klassischen Elektronenmikroskopen durch den Elektronenstrahl sonst rasch zerstört würden. Der geplante Ansatz ist die Nutzung von bisher in der Praxis kaum verwendeten niedrigen Beschleunigungsspannungen im Elektronenmikroskop, unter gleichzeitiger Anwendung modernster Methoden der Elektronenoptik.

Durch dieses neue Mikroskop können unter anderem Molekülstrukturen dargestellt und molekulare Prozesse verfolgt werden, die zur Entschlüsselung von chemischen Umwandlungen beitragen. Die DFG fördert das 11,5 Millionen Euro teure und auf fünf Jahre angelegte Projekt mit insgesamt 4,2 Millionen Euro. Zusätzlich kommen 2,4 Millionen Euro vom Land Baden-Württemberg und 3,7 Millionen Euro einschließlich einer Stiftungsprofessur für fünf Jahre von der Firma Zeiss in Oberkochen.

Weiterführende Informationen

Ansprechpartner in der DFG:
Dr.-Ing. Burkhard Jahnen, Gruppe Ingenieurwissenschaften und Gruppe Wissenschaftliche Geräte und Informationstechnik, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Kennedyallee 40, 53175 Bonn, Tel. +49 228 885-2487, Burkhard.Jahnen@dfg.de