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27.01.2014

"Frontiers of Knowledge Award" für Entwicklung aberrationskorrigierter Elektronenmikroskope


Der Physiker Maximilian Haider, Honorarprofessor am KIT, ist einer der Preisträger des diesjährigen mit rund 400.000 Euro dotierten "Frontiers of Knowledge Award" in der Kategorie Grundlagenforschung. Die spanische Stiftung BBVA Foundation würdigt ihn zusammen mit Prof. Harald Rose, Seniorprofessor an der Universität Ulm und Prof. Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich für die Entwicklung einer neuen Generation von sogenannten aberrationskorrigierten Elektronenmikroskopen, die Auflösungen im atomaren Bereich ermöglichen.

Die Jury unterstreicht, dass die neuen Mikroskope "eine Schlüsseltechnologie in vielen Feldern der Grundlagen- und angewandten Forschung darstellen, die es erlaubt, die Auswirkungen von atomaren Verschiebungen auf Materialeigenschaften sowie atomare Wechselwirkungensdynamik zu studieren". Mit den Elektronenmikroskopen werden neuartige Materialien für bessere Datenspeicher und Prozessoren, die Eigenschaften von Höchstleistungswerkstoffen für Brennstoffzellen, Batterien oder Solarzellen, aber auch die Funktion biologischer Makromoleküle untersucht.

In jahrelanger Arbeit haben Haider, Rose und Urban die Auflösung in der Elektronenmikroskopie über die theoretische Grenze geführt, die damals Stand der Wissenschaft war. Dadurch wurde ein wichtiges Werkzeug für die Materialwissenschaft wesentlich verbessert. Damit können nun Eigenschaften von Materialien auf atomarer Ebene untersucht und besser verstanden werden.

Die drei Wissenschaftler begannen 1990 ein gemeinsames Projekt, das zum Ziel hatte, die seit etwa 60 Jahren bekannten Bildfehler elektronenoptischer Linsen zu korrigieren. Dazu schlug Rose ein theoretisches Konzept vor, Haider realisierte dies in einem Gerät. Bereits 1997 konnte mit diesem Labormuster eine bahnbrechende Auflösungsverbesserung nachgewiesen werden. Die Korrektur der Bildfehler wird dabei durch neuartige "unrunde" Elektronenoptiken, die aus sogenannten magnetischen Multipolen bestehen, ermöglicht. Diese beeinflussen die Elektronenstrahlen so, dass die Bildfehler einer Objektivlinse, die Aberration, kompensiert werden - wie bei einem Fehlsichtigen eine Brille. Das Ergebnis ist eine stark verbesserte Bildauflösung.

Aus der Arbeit der Wissenschaftler ging 2001 der erste anwendungsorientierte kommerzielle Prototyp einer neuen Generation von Elektronenmikroskopen hervor. Heute produzieren alle großen Elektronenoptikunternehmen der Welt Mikroskope auf der Basis der neuen Elektronenoptik. Die neuen Methoden ermöglichen die Beobachtung einzelner Atome in einer sehr hohen Auflösung von etwa 50 Pikometern. Ein Pikometer entspricht einer Distanz, die etwa hundertmal kleiner ist als der Durchmesser eines Atoms.

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)




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