Scharfe Nanobilder mit der Heliumkanone

Ein amerikanisches Unternehmen hat erstmals ein Mikroskop zur Marktreife gebracht, dass mit geladene Heliumionen arbeitet. damit lässt sich eine noch bessere Auflösung erzielen, als mit Elektronen-Mikroskopen.

Peabody (USA) - Wer die Welt der Nanoteilchen verstehen will, muss sie sich genau anschauen können. Beschleunigte Elektronen sind heute die erste Wahl, um winzige Objekte mit einer Genauigkeit von bis zu einem milliardstel Meter (Nanometer) sichtbar zu machen. Eine noch bessere Auflösung versprechen positiv geladene Heliumionen. Und das, obwohl sie einige tausend Male größer und schwerer sind als die negativen Ladungsträger.

"Wir konnten kürzlich eine Auflösung von einem halben Nanometer erreichen", sagt Bill Ward, Chefentwickler bei Carl Zeiss SMT in Peabody, Massachusetts. Die US-Firma Alis, seit zwei Jahren eine Tochter von Carl Zeiss SMT, hat das Heliumionen-Mikroskop entwickelt, erste Geräte dieses "Orion"-Systems wurden bereits ausgeliefert.

Für die nahe Zukunft erwartet Ward sogar, dass sie mit ihren beschleunigten Heliumionen scharfe Bilder von atomaren Strukturen sehen können. Genauso wie mit den Elektronen in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) tasten die Forscher eine Probe Bildpunkt für Bildpunkt mit den Heliumpartikeln ab. Prallen diese geladenen Teilchen, mit Hochspannung beschleunigt, auf eine Oberfläche, erzeugen sie wieder austretende und rückgestreute Elektronen. Diese werden mit einem Detektor synchron aufgefangen und der so fließende Strom liefert über seine Intensität die Daten für den entsprechenden Bildpunkt. Aus der Summe aller Pixel ergibt sich dann die Aufnahme mit Subnanometer-Auflösung.

Der Grund für den schärferen Blick des Heliumionen-Mikroskops liegt in der größeren Masse der beschleunigten Teilchen und ihrer dadurch kleineren Wellenlänge. Die so genannte de Broglie-Wellenlänge bestimmt die Auflösung. Denn jedem Teilchen, sei es auch noch so groß, kann im Prinzip eine Welle, genauer eine Materiewelle, zugeordnet werden. Gemäß diesem Welle-Teilchen-Dualismus erreichen die leichten Elektronen theoretisch eine Auflösung von einem zehntel Nanometer. Bei gleicher Beschleunigung sind die Materiewellen von Heliumionen um mindestens eine Größenordnung kleiner.

Einen dreidimensionalen Blick in die Nanowelt eröffnet das Mikroskop bisher noch nicht. Dazu müssten die Heliumionen weiter in eine Probe eindringen, was bisher nicht beobachtet wird. "Aber in Zukunft werden wir die Möglichkeiten untersuchen, um mit diesem Mikroskop in Transmission zu messen", sagt Ward.