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RUBENS
- Zeitschrift der Ruhr-Universität
Nachrichten, Berichte und Meinungen
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| RUBENS 83 |
3.
November 2003 |
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Kostbarer Schmetterling
aus Japan
Neues Höchstauflösungsmikroskop
Tief unten im Süden des Gebäudes NC hat sich
ein kostbarer japanischer Schmetterling niedergelassen.
In einem eigens für ihn gebauten schalltoten Raum
ruht er nun auf vier massiven Marmorblöcken, umsorgt
von drei Experten, warm in Alufolie eingepackt. Aber für
soviel Komfort muss er auch etwas tun: Seit Mitte Oktober
liefert der Schmetterling hochaufgelöste Bilder von
nanometerkleinen Proben.
Das deutschlandweit einmalige, 1 Mio. Euro teure Höchstauflösungsmikroskop
besteht eigentlich aus zwei Geräten: Ein Raster-Elektronen-Mikroskop
(REM) kann Details bis ca. zehn Nanometer vergrößern.
Es beschießt die Probe mit Elektronen und ermittelt
die Struktur der beschossenen Oberfläche anhand der
charakteristischen Streuung der daran reflektierten Elektronen.
Wenn die Auflösung ausgereizt ist, kann der Benutzer
zoomen, indem er auf das zweite Gerät umschaltet:
ein Raster-Tunnel-Mikroskop (RTM), das bis zu einem Hundertstel
Nanometer kleine Objekte abbildet. Dazu fährt eine
Nadel, deren Spitze nur ein einziges Atom dick ist, die
Oberfläche der Probe ab. Ohne dass es sie berührt,
fließt zwischen Oberfläche und Nadel ein winziger
Strom – die Elektronen tunneln. Diesen Strom misst
das Mikroskop und errechnet daraus ein Bild der Oberfläche.
Die Nadelspitze ist im REM-Bild immer zu sehen. „So
kann man sich auf der Probe erst grob orientieren und
sich dann Feinheiten genauer ansehen“, erläutert
Prof. Christof Wöll, an dessen Lehrstuhl für
Physikalische Chemie I der Schmetterling beheimatet ist.
„Die Nadelspitze sieht aus wie der Saugrüssel
eines Schmetterlings, daher der Name.“
Die Nadel kann sogar noch mehr als nur die Oberfläche
abbilden. Sie kann sie auch gezielt verändern, z.
B. Löcher hineinpieken, sie ankratzen oder sogar
einzelne Moleküle verschieben. Diese Fähigkeiten
machen sie zu einem wertvollen Werkzeug für die Nanowissenschaften.
Diesen Bereich, der an der RUB sehr gut vertreten
ist, soll der Schmetterling besonders stärken. Forscher
des Nano-Centers sowie der Sonderforschungsbereiche 558
(Metall-Substrat-Wechselwirkungen in der heterogenen Katalyse),
491 (Magnetische Heteroschichten) und 459 (Formgedächtnistechnik)
fiebern der Arbeit mit dem neuen Gerät entgegen.
Jeder, der sonst noch Interesse daran hat, kann sich an
den Lehrstuhl von Prof. Wöll wenden.
Die enorme Empfindlichkeit des Schmetterlings macht ihn
allerdings auch störanfällig. Schallwellen,
elektrische Störungen und die kleinste Erschütterung
des Bodens können die Nadel aus dem Konzept bringen.
Daher der schalldichte Raum und der Standort in der untersten
Etage auf der massiven Grundplatte von NC. Wer den Schmetterling
bedient, tut das von draußen per Fernsteuerung am
Computer – ein Niesen könnte sonst die Arbeit
von Stunden vernichten. Die Alufolie wickeln die Forscher
übrigens um das Gerät, um es zu isolieren: Je
nach Aufgabe kann man den Innenraum abkühlen oder
beheizen, der Temperaturbereich reicht von knapp über
dem absoluten Nullpunkt bis etwa 1.800 Grad Celsius. So
stellt man chemische Konstrukte her, die es unter normalen
Bedingungen überhaupt nicht geben würde: Chemische
Reaktionen z.B. werden verhindert, indem man sie „einfriert“.
md
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