Atom für Atom identifiziert

Neues Elektronenmikroskop macht einzelne Atome nicht nur sichtbar, sondern analysiert sie direkt chemisch

Atome unterm Elektronenmikroskop
Atome unterm Elektronenmikroskop

Kirkland (USA) - Seit Jahrzehnten schauen Wissenschaftler mit Elektronenmikroskopen auf den atomaren Aufbau ihrer Proben. Doch dieser Blick war noch nie so genau wie der eines britisch-amerikanischen Forscherteams mit seinem neuen Raster-Transmissions-Elektronenmikroskops (STEM). Wie die Forscher in der Zeitschrift "Nature" berichten, konnten sie jedes einzelne Atom in einem dünnen Bornitrd-Film nicht nur sichtbar machen, sondern zugleich auch chemisch identifizieren. Von diesem Werkzeug erhofft sich das Team nun neue Impulse für die Nanotechnologie.

"Direkte Bildgebung und chemische Identifikation von allen Atomen in einem Material mit unbekannter Struktur wäre ein sehr leistungsfähiges und allgemein anwendbares Analyseverfahren", schrieben Ondrej L. Krivanek von dem Unternehmen Nion in Kirkland und seine Kollegen von weiteren britischen und amerikanischen Forschungsinstituten. Mit dem Elektronenmikroskop, das über eine spezielle optische Korrektur verfügte, analysierten die Forscher eine einatomige Schicht aus Bornitrid. Mit einer Auflösung von etwa einem Hundertstel Nanometer machten sie jedes Atom sichtbar. Darüberhinaus konnte jedes Atom durch das charakteristische Streuverhalten der eingestrahlten Elektronen chemisch identifiziert werden.

Diese so genannte Annulare Dunkelfeld-Technik machte es möglich, sogar einzelne Fremdatome in der Bornitrid-Schicht zu entdecken. So fanden die Forscher an wenigen Stellen Sauerstoff- und Kohlenstoffatome. Mit ihren Aufnahmen bewiesen die Forscher, dass – wie einst von Richard Feynman vorhergesagt – Transmissions-Elektronenmikroskope leichte und schwere Atome in einem Material sichtbar machen und identifizieren können. Nanowissenschaftler werden dieses Werkzeug dankbar nutzen, um die Qualität und die Eigenschaften ihrer winzigen Forschungsobjekte - vom effizienten Katalysator bis zum Nanomolekül mit neuen Eigenschaften - besser untersuchen zu können.