Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben mit einem Elektronenmikroskop einzelne Sauerstoffatome in einer bestimmten Klasse von Materialien, den Perowskiten, direkt sichtbar gemacht. Ihr Erfolgsrezept: Sie haben eine Technik entwickelt, um die im Mikroskop unvermeidlichen Abbildungsfehler zu korrigieren. Diese Fehler führen in kommerziellen Geräten zwangsläufig zu verschwommenen Bildern, die keine einzelnen Sauerstoffatome mehr erkennen lassen. Ihre Ergebnisse haben Knut Urban vom Jülicher Institut für Festkörperforschung und seine Kollegen in der renommierten Fachzeitschrift “Science” veröffentlicht (Bd. 299, S. 870).
Das Grundprinzip der Elektronenmikroskopie ist einfach: Ein Elektronenstrahl durchdringt eine dünne Probe. Die austretenden Elektronen werden durch ein elektromagnetisches Linsensystem geführt und von diesem zu einem stark vergrößerten Bild zusammengestellt. Doch verschiedene Ursachen führen zu verzerrten Bildern, die keine einzelnen Sauerstoffatome mehr erkennen lassen.
Der Gruppe um Urban ist hier nun ein Durchbruch gelungen: Die Wissenschaftler arbeiten mit dem bislang weltweit einzigen so genannten “aberrationskorrigierten” Transmissionselektronenmikroskop. Das Problem der “sphärischen Aberration” tritt bei Licht- wie bei Elektronenmikroskopen gleichermaßen auf: Licht- beziehungsweise Elektronenstrahlen, die die Linsen des Mikroskops nahe dem Rand passieren, werden zu stark abgelenkt ? das Bild verschwimmt. Doch mit speziell geformten magnetischen Linsen können die Forscher diesen bisher unvermeidlichen Abbildungsfehler korrigieren.
Die Jülicher Forscher haben dem Elektronenmikroskop sozusagen eine Brille verordnet und so dessen Blick geschärft. Dieser Schritt erweist sich nun als außerordentlich erfolgreich: Er erlaubt nicht nur, erstmals den Sauerstoff atomar abzubilden, sondern man kann damit sogar den Sauerstoffgehalt in atomaren Dimensionen quantitativ messen.
Die neuartige Korrekturtechnik haben die Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich zusammen mit Kollegen vom European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg und von der Technischen Universität Darmstadt in den Neunzigerjahren entwickelt – und damit den Prototyp einer völlig neuen Generation von Mikroskopen geschaffen: So werden im Laufe dieses Jahres weltweit die ersten kommerziellen aberrationskorrigierten Elektronenmikroskope ausgeliefert. Urban ist überzeugt: “Dieses Verfahren wird auf vielen Gebieten der Materialforschung die klassische Art der hochauflösenden Elektronenmikroskopie ablösen.”
idw
