Neues Analyseverfahren misst Atomabstände in Halbleitern und klärt biologische Strukturen auf
3D-Bilder aus der Nanowelt liefert ein neues
Verfahren, das ein internationales Wissenschafter-Team mit
Beteiligung von Linzer Wissenschaftern entwickelt hat. Das Mikroskop
macht Nanometer-kleine Strukturen (Nanometer bedeutet ein
Milliardstel Meter, Anm.) sichtbar. Es lassen sich damit
Eigenschaften von Halbleitern ebenso studieren, wie hochauflösende
dreidimensionale Darstellungen von biologischen Proben liefern. Die
Entwicklung wurde kürzlich in der Fachzeitschrift "Nature
Communications" vorgestellt.
Synchrotron-Strahlung
Die Wissenschafter nutzen für ihr Verfahren sogenannte
Synchrotron-Strahlung. Diese entsteht in einem Teilchenbeschleuniger
(Synchrotron), in dem geladene Teilchen fast auf Lichtgeschwindigkeit
gebracht werden. Magnetfelder halten die Teilchen dabei auf einer
kreisförmigen Bahn, beschleunigt werden sie von einem elektrischen
Feld. Das Wissenschafterteam, darunter Julian Stangl vom Institut für
Halbleiterphysik der Universität Linz, nutzt dazu einen
Teilchenbeschleuniger der European Synchrotron Radiation Facility
(ESRF) in Grenoble, Frankreich, eine gemeinsame Forschungseinrichtung
von 19 Staaten, darunter Österreich.
"Am CERN
ist das ein unerwünschtes Abfallprodukt"
Doch Stangl und seine Kollegen interessieren sich gar nicht für
die rasenden Teilchen, in ihrem Synchrotron-Experiment sind das
Elektronen. Sie benutzen bloß die hochenergetische Röntgenstrahlung,
die frei wird, wenn die Teilchen von den Magneten auf die Kreisbahn
gezwungen werden. "Für einen normalen Teilchenbeschleuniger am CERN
ist das ein unerwünschtes Abfallprodukt", so Stangl im Gespräch mit
der APA. "Am Synchrotron der ESRF benutzen wir die Strahlung für
unsere Experimente."
Röntgenstrahlen
So können die Wissenschafter einen Röntgenstrahl von sehr geringem
Durchmesser erzeugen, der die Probe abtastet. Der Röntgenstrahl wird
von den Atomen der Probe gebeugt und ein Detektor zeichnet das
Beugungsmuster auf. Aus einer Serie solcher Beugungsmuster berechnet
ein Computer die dreidimensionale Struktur der Probe. Die Auflösung
des Bilds ist dabei feiner, als der ursprüngliche Röntgenstrahl dick
ist. Linse benötigt das Synchrotron-Mikroskop keines, so die
Forscher.
Direkt aus
den Messdaten die Struktur der Probe berechnen
"Mit dem von uns entwickelten Analyseverfahren kann man direkt aus
den Messdaten die Struktur der Probe berechnen. Bei anderen Verfahren
muss man zuerst ein Modell entwerfen, und es so lange in einer
Computer-Simulation verbessern, bis es zu den Messdaten passt. Das
ist furchtbar mühsam, und es kommt dabei nichts heraus, das nicht in
der Modellannahme steckt", so Julian Stangl vom Institut für
Halbleiterphysik der Universität Linz. Doch auch die Messungen
mussten die Forscher anpassen, damit sie die Daten mit dem neuen
Analyseverfahren überhaupt auswerten können, sagt Stangl.
Struktur von Halbleitern
Die Wissenschafter untersuchten mit dem neuen Verfahren die
Struktur von Halbleitern. "Was man bei Halbleitern wissen möchte,
sind die Abstände zwischen den Atomen. Sie beeinflussen
beispielsweise, wie schnell sich elektrische Ladungsträger im
Halbleiter bewegen, und damit, wie schnell ein Bauteil schalten kann.
Mit Röntgenbeugung kann man die Atomabstände in den
Halbleiterkristallen sehr genau messen", so Stangl. An einem Synchrotron kann man gleich mehrere Proben messen.
Während man an einem Messplatz Halbleiter untersucht, kann man auf
einem anderen die Struktur von biologischen Makromolekülen, zum
Beispiel von Enzymen unseres Körpers, bestimmen. (APA)
