Das stärkste Mikroskop der Welt

Durch eine Kontrolle des Elektronenstrahls erreichen Forscher eine Rekordauflösung von einem halben Angström

Goldkristall unter dem Elektronenmikroskop
Goldkristall unter dem Elektronenmikroskop

Berkeley (USA) - Einzelne Atome lassen sich mit Elektronenmikroskopen schon seit Jahren beobachten. Nun rücken auch die Verknüpfungen zwischen Atomen und deren räumliche Struktur in den Blick der Forscher. Möglich wird dies mit einem neuen Transmissions-Elektronen-Mikroskop mit Aberrations-Korrektur, kurz TEAM genannt, das eine deutsch-amerikanische Arbeitsgruppe nun entwickelt hat. Mit einer Auflösung von nur einem zwanzigstel Nanometer stellt dieses Instrument einen neuen Weltrekord auf.

"Mit TEAM lässt sich jede Atomart in jeder Position innerhalb einer Struktur identifizieren", sagt Uli Dahmen von der Materials Sciences Devision am Lawrence Berkeley National Laboratory. Dieses bisher unerreichte Ziel erreichte der Forscher zusammen mit weiteren amerikanischen Instituten, dem Mikroskophersteller FEI und der Heidelberger Firma CEOS. Verantwortlich für den Auflösungsrekord von nur einem halben Angström – das ist etwa eine Million mal kleiner als der Durchmesser eines Haares – ist die erfolgreiche Korrektur einer optischen Verzerrung der Bilder, der sphärischen Aberration.

Für diesen Erfolg beschleunigten Dahmen und Kollegen einen intensiven Elektronenstrahl auf eine Probe aus Goldkristallen. Um möglichst scharfe Bilder von einzelnen Atome zu bekommen, kontrollierten die Forscher den Elektronenstrahl mit einer Serie aus Multipol-Magneten. Diese wirken wie fokussierende Linsen auf die geladenen Teilchen und verringern so effizient die Verzerrung der Mikroskopaufnahmen. Parallel ließ sich der Kontrast der Bilder erhöhen. Zudem können bereits mit relativ geringen Beschleunigungsspannungen von etwa 80.000 Volt TEAM-Bilder mit einer etwas schwächeren Auflösung von einem Zehntel Nanometer gewonnen werden. Das soll den Einsatz des neuen Mikroskops auch für empfindliche biologische Proben ermöglichen.

Bereits im Oktober dieses Jahres könnte das TEAM-Mikroskop für andere Forschergruppen erhältlich sein. Und schon im nächsten Jahr rechnen Dahmen und Kollegen mit einem Nachfolgeprodukt, das einen weiteren Abbildungsfehler bei Elektronenmikroskopen, die chromatische Aberration, ausmerzen soll.