Superglatter Spiegel für Atome

Atomar glatte Oberfläche verspricht Konkurrenz für das Elektronenmikroskop durch Heliumatome.

Illustration der spiegelnden Oberfläche
Illustration der spiegelnden Oberfläche

Madrid (Spanien) - Die millionenfache Vergrößerung eines Elektronen-Mikroskops gehört schon seit Jahrzehnten zum Standardrepertoire der Wissenschaft. Doch bisher mussten die Proben dabei große Strapazen über sich ergehen lassen. Denn für die hohen Vergrößerungen werden die Elektronen im Mikroskop extrem beschleunigt, bevor sie auf die Probe treffen. Insbesondere biologische Proben können durch die energiegeladenen Elektronen Schaden nehmen. Wissenschaftler der Autonomen Universität Madrid entwickelten nun ein Material, mit dem behutsamere Heliumatome eine Auflösung wie hochenergetische Elektronen erzielen könnten.

Zum notwendigen Bündeln der Heliumatome gab es bisher nur zwei unzureichende Lösungen. Entweder mit Oberflächen aus reinem Silizium, das sich zwar präzise in die nötige Formen bringen lässt, aber nur 1% der einfallenden Atome reflektiert, oder mit Metallen, die eine wesentlich höhere Reflektivität aufweisen, aber sich nicht genau genug verformen lassen. Der Gruppe um Amadeo Vázquez de Parga gelang es nun, Blei in einer atomar ebenen Schicht auf Silizium abzulagern und damit das Beste dieser beiden Welten zu kombinieren

Das Problem war, dass sich beim Aufbringen dünner Metallschichten auf Silizium normalerweise Unebenheiten bilden, welche die Oberfläche als Atomspiegel unbrauchbar machen. Die Forscher fanden nun heraus, dass sich bei niedrigen Temperaturen zwischen –173 °C und –133 °C sogenannte „magische“ Schichtdicken bilden, die eine nahezu perfekt glatte Oberfläche zur Folge haben. „Die Idee besteht darin solch eine magische Schicht bei tiefen Temperaturen wachsen zu lassen und die Probe dann langsam auf Raumtemperatur zu erwärmen“, erklärt de Parga.

Das neue Material reflektiert 15% der auftreffenden Heliumatome. Die Forscher halten eine Steigerung auf 40% für realistisch. Im nächsten Schritt muss diese Reflektivität nun mit einer Oberflächengeometrie kombiniert werden, die einen fokussierten Atomstrahl erzeugt.