Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hologramme aus dem Nanokosmos

09.02.2010
Jeder kennt aus dem Alltag die Hologramme, die beispielsweise auf Kreditkarten als Sicherheitsmerkmale angebracht sind. Im Unterschied zum Foto eines Objektes, das nur die Amplitude der Lichtwelle, die von einem Objekt ausgeht, aufzeichnet, enthält ein Hologramm zusätzlich die örtliche Information über die Phase der Lichtwelle. Bei geeigneter Beleuchtung des Hologramms wird die ursprüngliche Wellenfront phasenrichtig wiederhergestellt und der Betrachter erhält einen dreidimensionalen Eindruck des Objektes.

Aber nicht diese Eigenschaft der Holografie steht im Mittelpunkt, wenn es um die Abbildung kleinster Strukturen geht, sondern die Tatsache, dass für die Aufzeichnung eines Hologramms keinerlei Linsen benötigt werden.

Für die Untersuchung nanometergroßer Strukturen wird Licht mit mindestens ebenso kleiner Wellenlänge benötigt (weiche Röntgenstrahlung). Die einzigen Linsen die in diesem Wellenlängenbereich funktionieren (sog. Fresnel-Zonenplatten) sind sehr aufwändig herzustellen und liefern trotzdem eine um eine Größenordnung schlechtere Abbildungsqualität als Linsen für sichtbares Licht.

Die Vorgehensweise bei der linsenlosen Aufzeichnung eines Hologramms besteht darin, die Lichtwelle - nachdem sie das Objekt durchstrahlt hat - bei der Aufzeichnung mit einer Referenzwelle bekannter und dazu stabiler (kohärenter) Phase zu überlagern (Interferenz). Als Referenzwelle dient eine Kugelwelle, die von einem wenige Nanometer großen Loch direkt neben dem Objekt ausgeht.

Kohärente Röntgenstrahlen stehen an modernen Synchrotron-Quellen oder an den neuen Freie-Elektronen-Lasern wie dem Hamburger FLASH mit größter Helligkeit zur Verfügung, so dass seit einigen Jahren Verfahren zur holografischen Abbildung von Nanostrukturen erprobt werden.

Eine Arbeitsgruppe des Sonderforschungsbereichs 688 in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern vom DESY in Hamburg und der ESRF in Grenoble hat kürzlich das erste voll funktionsfähige Mikroskop für die Holografie von Nanostrukturen vorgestellt. Dabei erlaubt der neuartige Aufbau aus zwei direkt hintereinander angeordneten und präzise gegeneinander verschiebbaren Siliziumnitrid-Membranen eine beliebige Stelle des zu untersuchenden Objekts gezielt anzufahren und abzubilden, was mit den bisher bekannten Verfahren nicht möglich war.

Der Trick besteht darin, die optisch wirksamen Komponenten - das sind ein Mikrometer großes Loch für die Wahl des Bildausschnitts und das kleine Loch für die Erzeugung der Referenzwelle - aus einer eigenen, undurchlässigen Membran herzustellen. Das Objekt wird dagegen auf einer zweiten, durchlässigen Membran präpariert, die separat gewechselt werden kann.

Die Hologramme der einzelnen Bildausschnitte eines ausgedehnten Objekts werden in einem sehr einfachen Verfahren (FFT) am Computer rekonstruiert und die Bilder anschließend zusammengesetzt. Weiche Röntgenstrahlung bietet die Möglichkeit der selektiven Abbildung einzelner chemischer Elemente oder auch deren lokaler Magnetisierung, was sich je nach Fragestellung gezielt ausnutzen lässt. Die Zeitstruktur der Röntgenpulse verspricht darüber hinaus Information hin zu der Pikosekunden-Skala. Gegenwärtig wird an einer Verbesserung der Ortsauflösung auf 10 nm gearbeitet.

Die Fachzeitschrift "Applied Physics Letters" bewertete die Technik der "Röntgen-Holografischen Mikroskopie" (XHM) als so vielversprechend, dass sie der Veröffentlichung ein eigenes Titelblatt widmete.

D. Stickler, R. Frömter, H. Stillrich, C. Menk, C. Tieg, S. Streit-Nierobisch, M. Sprung, C. Gutt, L.-M. Stadler, O. Leupold, G. Grübel, and H. P. Oepen,

"Soft x-ray holographic microscopy", Appl. Phys. Lett. 96, 042501 (2010), doi:10.1063/1.3291942.

Weitere Informationen:
Dipl.-Chem. Heiko Fuchs
Institut für Angewandte Physik
Universität Hamburg
Jungiusstr. 11a, 20355 Hamburg
Tel.: (0 40) 4 28 38 - 69 59
Fax: (0 40) 4 28 38 - 24 09
E-Mail: hfuchs@physnet.uni-hamburg.de

Heiko Fuchs | idw
Weitere Informationen:
http://www.sfb668.de
http://www.nanoscience.de/lexi

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht TU Dortmund erstellt hochgenaues 3D-Modell vom Rover-Landeplatz auf dem Mars
18.09.2019 | Technische Universität Dortmund

nachricht Rostock Scientists Achieve Breakthrough in Quantum Physics
18.09.2019 | Universität Rostock

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: Nervenzellen feuern Hirntumorzellen zum Wachstum an

Heidelberger Wissenschaftler und Ärzte beschreiben aktuell im Fachjournal „Nature“, wie Nervenzellen des Gehirns mit aggressiven Glioblastomen in Verbindung treten und so das Tumorwachstum fördern / Mechanismus der Tumor-Aktivierung liefert Ansatzpunkte für klinische Studien

Nervenzellen geben ihre Signale über Synapsen – feine Zellausläufer mit Kontaktknöpfchen, die der nächsten Nervenzelle aufliegen – untereinander weiter....

Im Focus: Stevens team closes in on 'holy grail' of room temperature quantum computing chips

Photons interact on chip-based system with unprecedented efficiency

To process information, photons must interact. However, these tiny packets of light want nothing to do with each other, each passing by without altering the...

Im Focus: Happy hour für die zeitaufgelöste Kristallographie

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), der Universität Hamburg und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) hat eine neue Methode entwickelt, um Biomoleküle bei der Arbeit zu beobachten. Sie macht es bedeutend einfacher, enzymatische Reaktionen auszulösen, da hierzu ein Cocktail aus kleinen Flüssigkeitsmengen und Proteinkristallen angewandt wird. Ab dem Zeitpunkt des Mischens werden die Proteinstrukturen in definierten Abständen bestimmt. Mit der dadurch entstehenden Zeitraffersequenz können nun die Bewegungen der biologischen Moleküle abgebildet werden.

Die Funktionen von Biomolekülen werden nicht nur durch ihre molekularen Strukturen, sondern auch durch deren Veränderungen bestimmt. Mittels der...

Im Focus: Happy hour for time-resolved crystallography

Researchers from the Department of Atomically Resolved Dynamics of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) at the Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg, the University of Hamburg and the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) outstation in the city have developed a new method to watch biomolecules at work. This method dramatically simplifies starting enzymatic reactions by mixing a cocktail of small amounts of liquids with protein crystals. Determination of the protein structures at different times after mixing can be assembled into a time-lapse sequence that shows the molecular foundations of biology.

The functions of biomolecules are determined by their motions and structural changes. Yet it is a formidable challenge to understand these dynamic motions.

Im Focus: Modulare OLED-Leuchtstreifen

Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, ein Anbieter von Forschung und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik, stellt auf dem International Symposium on Automotive Lighting 2019 (ISAL), vom 23. bis 25. September 2019, in Darmstadt, am Stand Nr. 37 erstmals OLED-Leuchtstreifen beliebiger Länge mit Zusatzfunktionalitäten vor.

Leuchtstreifen für das Innenraumdesign kennt inzwischen nahezu jeder. LED-Streifen sind als Meterware im Baumarkt um die Ecke erhältlich und ebenso oft als...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Woher kommt der Nordsee-Plastikmüll

18.09.2019 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - November 2019

18.09.2019 | Veranstaltungen

Sichere Schnittstellen: API-Security

18.09.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln "Landkarte" für Krebswachstum

19.09.2019 | Medizin Gesundheit

Nervenzellen feuern Hirntumorzellen zum Wachstum an

19.09.2019 | Biowissenschaften Chemie

Räume voller Möglichkeiten für Innovationen

19.09.2019 | Interdisziplinäre Forschung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics