Atomare Verschiebungen im Elektronenblick

Linsenkorrekturen verbessern Auflösung von Elektronenmikroskopen bis auf Hundertstel Nanometer

Probe unter einem hochauflösenden Elektronenmikroskop
Probe unter einem hochauflösenden Elektronenmikroskop

Jülich - Härtere Materialien, schnellere Prozessoren und größere Datenspeicher: Um diese Ziele zu erreichen, müssen Physiker wissen, wie sich die Atome anordnen und verhalten. Hochauflösende Elektronenmikroskope eröffnen einen extrem präzisen Blick in diese Nanowelt. Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich berichtet in der Zeitschrift "Science", mit welchen Methoden die Elektronen Bilder mit einer Auflösung von dem Hundertstel eines Atomdurchmessers ermöglichen.

"Die neuen Instrumente erlauben nicht nur Untersuchungen der Struktur, sondern auch von der chemischen Zusammensetzung und dem Bindungsverhalten der Atome", schreibt Urban, Direktor des Ernst Ruska-Centrums in Jülich. Erst in den letzten Jahren konnte mit ausgeklügelten Verfahren der Blick der Elektronen bis hinunter in den Picometerbereich geschärft werden. Mit magnetischen und elektrischen Feldern korrigierten die Physiker Abbildungsfehler wie beispielsweise die sphärische Aberration. Zusammen mit einer Nachbearbeitung am Computer entstehen so die Bilder mit subatomarer Präzision.

Die Jülicher Wissenschaftler nehmen weltweit eine Vorreiterstellung in der Entwicklung und Anwendung von diesen hochauflösenden Elektronenmikroskopen ein. So analysierten sie Verschiebungen von Atomen in supraleitenden Werkstoffen und in Titanat-Kristallen, die zur Datenspeicherung in Chipkarten eingesetzt werden. Mithilfe der elektronenoptischen Verfahren ließen sich die atomaren Verschiebungen Atom für Atom messen, woraus Forscher erstmals auf die lokale Polarisation der Speichermaterialien schließen konnten.

"Dies ist der Beginn einer Physik der Materialien, welche physikalische Größen und Eigenschaften im Nanobereich durch höchstgenaue Messung der atomaren Abstände bestimmen kann", sagt Urban. Damit erhalte man Anhaltspunkte dafür, wie in Zukunft diese Eigenschaften für neue und bessere Funktionen manipuliert werden könnten.