Weltweit einzigartiges Elektronenmikroskop der Superlative geht an der TU Graz in Betrieb

Das Forschungsgerät der Superlative ist mit seinen Messungen mit bisher ungekannter Genauigkeit weltweit einzigartig und bietet damit völlig neue Chancen für die Materialforschung am Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Steiermark und darüber hinaus.

Werkstoffe weiter verbessern, neue Pharmazeutika entwickeln oder elektronische Bauteile perfektionieren – die Palette möglicher Anwendungen der Nanotechnologie ist breit. Basis für neue Entwicklungen ist die Nanoanalytik: Hier arbeiten Forscher daran, Strukturen und Eigenschaften von Materialien besser zu verstehen. „Werkzeug“ dazu sind modernste Elektronenmikroskope. Mit ASTEM rückt die Grazer Forschung im Bereich Elektronenmikroskopie in die internationale Spitzenliga auf. „Ausgezeichnete Leistungen braucht adäquate Ausstattung. Mit dem neuen ASTEM gibt es an der TU Graz ab sofort ein Werkzeug der Superlative für die Nanowissenschaften“, zeigt sich TU-Rektor Hans Sünkel stolz.

Milliardstel und Millionstel Millimeter

Das erste Elektronenmikroskop in der Steiermark wurde vor genau 60 Jahren in Betrieb genommen, zum Jubiläum folgt nun ein neuer Meilenstein. „Ein Rastertransmissionselektronenmikroskop ist ein spezieller Typ eines Elektronenmikroskops. Ein Elektronenstrahl fokussiert auf eine dünne Probe und „rastert“ zeilenweise ein bestimmtes Bildfeld ab“, erläutert Ferdinand Hofer, Leiter des Instituts für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung und Koordinator des Forschungsschwerpunkts „Advanced Materials Science“ der TU Graz, das Grundprinzip.

ASTEM ermöglicht Messungen von bisher ungekannter Exaktheit: Ein mit 70 Picometern – ein Picometer entspricht einem Milliardstel Millimeter – fast unvorstellbar feiner Elektronenstrahl tastet die Oberfläche des Stoffs ab. Abstände zwischen Atomen von 0,14 Nanometern – ein Nanometer entspricht wiederum einem Millionstel Millimeter – sind so messbar. Möglich wird das durch ein neues technisches Prinzip: den „Super-X“-Röntgendetektor, der international erstmals an der TU Graz zu finden ist. Mit diesem besonders empfindlichen Röntgendetektor können die Forscher sogar feststellen, aus welchen Elementen sich eine Probe zusammensetzt. „Die atomar aufgelöste Analytik erlaubt uns, die Art eines Atoms zu bestimmen: Atompositionen werden erkennbar, wir können auch die chemische Ordnungszahl zuordnen“, so Hofer.

Wissenschaft und Wirtschaft profitieren

Der Nutzen für die Forschung: Völlig neue Möglichkeiten, um das Innerste von Materialien, also ihre strukturellen und funktionellen Eigenschaften besser verstehen zu können – eine wichtige Basis um Materialien für alle Bereiche des Lebens und für Anwendungen in Wirtschaft und Industrie erfolgreich weiter zu entwickeln und damit ein Schlüssel für den technologischen Fortschritt. Projekte in Kooperation mit Unternehmen am Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Steiermark sind bereits in der Pipeline: Computerchips zu neuen Spitzenleistungen optimieren und materialschädigende Nano-Ausscheidungen in Stählen vermeiden sind die Themen. Die TU Graz stärkt so ihren Schwerpunkt „Advanced Materials Science“ weiter – das ist eines von fünf definierten Stärkefeldern, die das Profil der Universität in Forschung und Lehre prägen.

Forschung via „Fernbedienung“

Das TU-Institut für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung nutzt das neue Großgerät gemeinsam mit dem Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz, einem Mitglied der Austrian Cooperative Research (ACR), der Vereinigung der Kooperativen Forschungsinstitute der österreichischen Wirtschaft. Rund zehn Personen arbeiten in der ersten Phase an ASTEM, weitere sollen folgen. Profitieren sollen künftig aber auch Wissenschafter, die selbst nicht vor Ort sind: Das Gerät kann auch mittels „Fernbedienung“ genutzt werden, lediglich die Probe muss vor Ort sein. Damit eröffnen sich neue, „grenzenlose“ Möglichkeiten der Zusammenarbeit. Damit das Bild nicht „wackelt“, steht ASTEM streng geschützt vor Schall und Temperatureinwirkung in einem speziell abgeschirmten Raum.

Finanziert wurde das vier Millionen Euro schwere Messinstrument vom Verein zur Förderung der Elektronenmikroskopie, der FFG, dem Land Steiermark, der Steirischen Wirtschaftsförderung und der TU Graz.

Technische Daten im Überblick:
Typ: FEI Titan (60 – 300 kV)
Auflösung: 70 Picometer (= 0,07 Nanometer)
Standhöhe: 3,7 m
Standfläche: 1,7 x 1,7 m
Gewicht: > 3 Tonnen
arbeitet im Rastertransmissionsbetrieb mit X-FEG Kathode, Korrektor für Öffnungsfehler, Monochromator, Energiefilter und neuartigem Röntgendetektor ChemiSTEM
Rückfragen:
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Ferdinand Hofer
Institut für Elektronenmikroskopie
E-Mail: ferdinand.hofer@tugraz.at
Tel.: +43 (0) 316 873 8820
Mobil: +43 (0) 664 40 16 225