Neues "Wunder"-Mikroskop für "Wundermaterialien" an Uni Wien

28. November 2013, 09:22
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Speziell für materialphysikalische Untersuchungen etwa von Graphen

Ein neues, drei Millionen Euro teures Raster-Transmissionselektronenmikroskop (STEM) an der Uni Wien soll innovative Ansätze in der Materialphysik ermöglichen. Das Gerät erlaubt es, einzelne Atome zu betrachten - bei einer so geringen Elektronenenergie, dass auch nur eine Atomlage dünne Materialien wie Graphen untersucht werden können. Das "Vienna UltraSTEM Lab" wird heute, Donnerstag, eröffnet.

Höhere Auflösung

Bei einem optischen Mikroskop wird eine Probe mit sichtbarem Licht untersucht, beim Elektronenmikroskop wird stattdessen ein Elektronenstrahl verwendet. Dies ermöglicht eine deutlich höhere Auflösung. Bei dem neuen Mikroskop der Universität Wien wird der Elektronenstrahl bis auf atomare Dimension fokussiert. "Der Strahl hat dann nur noch einen Durchmesser von einem Angström oder weniger. Das ist schon weniger als die meisten Abstände zwischen Atomen", sagte Jannik Meyer von der Gruppe "Physik Nanostrukturierter Materialien" an der Universität Wien im Gespräch mit der APA.

Ein Angström entspricht 100 Picometer (ein Picometer ist ein Milliardstel Millimeter). Das ist in etwa der Durchmesser eines Atoms inklusive Elektronenhülle.

Korrekturmechanismen

Die große Präzision wird durch spezielle Korrekturmechanismen erreicht. Diese machen das Mikroskop so teuer, ermöglichen aber die hohe Auflösung. "Mit einem nicht korrigierten Gerät schafft man vielleicht drei Angström, unser UltraSTEM ermöglicht einen Angström - das ist genau die Grenze, wo man sich atomaren Abstände auflösen und man Atome einzeln sehen kann", so Meyer. "Je genauer man nachschauen kann, umso größer ist die Chance, dass man etwas Neues entdeckt", freut sich der Wissenschafter auf die "spannenden Sachen, die man zufällig entdeckt".

Eine Besonderheit ist auch, dass das Gerät diese Auflösung bei einer relativ geringen Elektronenenergie schafft. "Das ist wichtig, weil die Probe dadurch nicht durch den Elektronenstrahl zerstört wird", so der Wissenschafter. Dies ermögliche es, viele Materialien anzuschauen, die bisher zu strahlungsempfindlich waren.

"Wundermaterial" Graphen

Ein derart empfindliches Material ist Graphen, eine nur eine Atomschicht dünne, wabenförmige Kohlenstoff-Struktur. Diese hat zahlreiche bemerkenswerte Eigenschaften, wird als "Wundermaterial" eingestuft und ist Hoffnungsträger in Materialphysik und Elektronik. "Es gibt aber eine Vielzahl anderer zweidimensionaler Materialien, die ähnlich wie Graphen nur eine oder wenige Atomlagen dick und in anderer Hinsicht interessant sind", sagte Meyer.

Als Beispiel nannte er Molybdändisulfid, das im Gegensatz zum ausgezeichneten Leiter Graphen ein Halbleiter ist, oder zweidimensionales Bornitrid, ein Isolator. "Damit hat man schon alle Komponenten, die man für den Bau von Schaltkreisen benötigt", so Meyer, der für die Entwicklung von Analysemethoden für Graphen vom Europäischen Forschungsrat (ERC) heuer einen mit rund 1,5 Millionen Euro dotierten "Starting Grant" erhalten hat.

Einzelne Atome entfernen

Solche Materialien werden unter dem neuen, aus Infrastrukturmittel des Wissenschaftsministeriums angekauften Mikroskop liegen. Meyer und sein Team wollen mit dem neuen Gerät aber auch Materialmodifikationen auf atomarer Ebene vornehmen. So lassen sich mit Hilfe des Elektronenstrahls einzelne Atome aus einer Struktur entfernen. Dann können zusätzliche Materialien aufgebracht werden.

So präzise das neue Gerät ist, so empfindlich ist es auch. Am Physik-Standort der Uni in Wien-Alsergrund wäre eine Aufstellung des Mikroskops wegen der Umgebungs-Erschütterungen und vor allem der von den Straßenbahnen erzeugten riesigen Magnetfelder nicht möglich gewesen. Aus diesem Grund wurde das Labor in der Sternwarte der Uni Wien eingerichtet. Und selbst dort musste das Gerät noch durch eine Kabine aus einer Eisen-Nickel-Legierung vor den Magnetfeldern abgeschirmt werden. (APA, 28.11.2013)

  • Die Uni Wien hat ein neues Raster-Transmissionselektronenmikroskop.
    foto: uni wien

    Die Uni Wien hat ein neues Raster-Transmissionselektronenmikroskop.

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