Wackelfreie Bilder aus dem Nanobereich

10. Februar 2013, 17:53
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Analysemethode, die sich der Ptychographie bedient, liefert trotz Vibrationen zuverlässige Aufnahmen kleinster Strukturen

Bern/München - Röntgenstrahlen bieten Einsichten in Strukturen, die mit Lichtmikroskopie nicht abgebildet werden können. Mit ihnen kann die Nanostruktur von so unterschiedlichen Objekten untersucht werden wie einzelne Zellen oder magnetische Datenträger. Hochauflösende Bilder sind jedoch nur möglich, wenn sowohl Mikroskop als auch das Untersuchungsobjekt extrem stabil sind. Schweizer und deutsche Forscher zeigen nun auf, wie man diese Bedingungen lockern kann, ohne dass die Bildqualität darunter leidet.

Röntgenstrahlen bieten Einsichten in Strukturen, die mit Lichtmikroskopie sonst nicht abgebildet werden können. Mit ihnen kann die Nanostruktur von unterschiedlichen Objekten untersucht werden. Um diese winzigen Strukturen abzubilden, müssen Röntgenmikroskope aber möglichst vibrationsarm sein.

Andreas Menzel vom Paul Scherrer Instiut (PSI) in Villigen AG und Pierre Thibault von der Technischen Universität München haben eine Analysemethode entwickelt, die trotz Vibrationen zuverlässige Bilder produziert. Die Methode basiert auf einer Technik namens Ptychographie, die in den 60er-Jahren für die Elektronenmikroskopie erfunden wurde.

Sie wurde in den vergangenen Jahren weiterentwickelt und wird inzwischen auch für hochauflösende Mikroskopie sowohl im sichtbaren als auch im Röntgenlicht angewendet. Die neuen Ergebnisse ermöglichen es nun beispielsweise, in einem Bild Effekte voneinander zu unterscheiden, die von Lichtanteilen mit verschiedenen Wellenlängen stammen.

Fluktuationen sichtbar gemacht

Das wahrscheinlich bedeutsamste Ergebnis der Arbeit ist, dass nun eine ganze Klasse von Objekten abgebildet werden kann, die man bisher nicht gut hat untersuchen können. "Wir können nicht nur Vibrationen im Mikroskop kompensieren", sagt Menzel. "Auch wenn sie viel zu schnell sind, als dass wir sie mit einzelnen Momentaufnahmen festhalten könnten, können wir Fluktuationen der Probe selber charakterisieren." Eine mögliche Anwendung besteht darin, die wechselnde Magnetisierung einzelner Bits in magnetischen Speichermedien mit hoher Speicherdichte zu untersuchen.

Um sich zu vergewissern, dass die produzierten Bilder tatsächlich die Proben und ihre Dynamik genau wiedergaben, wurden Computersimulationen durchgeführt. Sie bestätigten, dass sowohl die Effekte des Instruments als auch diejenigen der Proben simuliert werden können. (APA/red, derStandard.at, 10.02.2013)

  • Links: Eine Rekonstruktion der Abbildung eines Untersuchungsobjekts mit einer Standardtechnik. Deutlich sichtbar sind Bildstörungen, und Details der Probe werden nicht zuverlässig abgebildet.
Rechts: Die neue Analysemethode berechnet Zustandsmischungen der einfallenden Strahlung oder auch der Probe mit ein und verbessert merklich die Bildqualität.
    foto: paul scherrer institut/technische universität münchen

    Links: Eine Rekonstruktion der Abbildung eines Untersuchungsobjekts mit einer Standardtechnik. Deutlich sichtbar sind Bildstörungen, und Details der Probe werden nicht zuverlässig abgebildet.

    Rechts: Die neue Analysemethode berechnet Zustandsmischungen der einfallenden Strahlung oder auch der Probe mit ein und verbessert merklich die Bildqualität.

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