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entdeckt 01/2014 - Blick in die Tiefe mit scharfen Details

TITEL// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 12 13 3D-BILDER AUS DER NANOWELT: Technikerin Annette Kunz bei Arbeiten am neuen Helium/ Neon-Ionenmikroskop im HZDR. Foto: Oliver Killig // Mit einem Ionen-Mikroskop einer neuen Geräteklasse – weltweit existieren bislang kaum zehn vergleichbare Anlagen – können HZDR-Forscher sowie ihre Kollegen im Nanoanalytik-Zentrum an der TU Dresden ab sofort noch tiefer in bislang unbekannte Nano-Welten vordringen. _TEXT . Christine Bohnet Blick in die Tiefe mit scharfen Details Das Mikroskopsystem „ORION NanoFab“, das auf einem fein gebündelten Strahl elektrisch geladener Atome basiert, kommt gleich mit mehreren Vorteilen daher. Da die Ionen an einem unvorstellbar kleinen Quellpunkt entstehen – sie bilden sich an gerade einmal drei Atomen einer Wolframspitze und werden von dort beschleunigt –, ist der Durchmesser des Strahls kleiner als ein Nanometer (ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters). Zugleich weitet er sich auf seinem Weg zur Materialprobe kaum auf, das heißt, die Strahldivergenz ist sehr gering. Und genau diese besonderen Eigenschaften sind dafür verantwortlich, dass zum einen eine hervorragende Auflösung im Nanometer-Bereich und zum anderen eine einmalige Tiefenschärfe von bis zu einigen Mik- rometern (tausendstel Millimeter) erreicht werden. Das Mikroskop kann wahlweise mit den Edelgas-Ionen Helium oder Neon betrieben werden. Während Helium die bestmög- liche laterale Auflösung erzielt, eignet sich das schwerere, chemisch neutrale Neon besonders dazu, winzige Strukturen zu schreiben oder in ihren Eigenschaften zu verändern. Der Leiter des Ionenstrahlzentrums am HZDR, Johannes von Borany, schwärmt: „Damit garantiert das Ionen-Mikroskop einerseits eine neue Qualität der Abbildung und eröffnet andererseits Möglichkeiten einer ‚echten‘ Nanostrukturierung für einzigartige Experimente mit kleinsten Bauteilen.“ Die Funktionsweise des Ionen-Mikroskops ähnelt der eines Rasterelektronen-Mikroskops (REM). Die Ionen werden eben- so über die zu untersuchende Materialoberfläche gerastert wie beim REM die Elektronen. Ein großer Vorteil der positiv geladenen Ionen liegt allerdings darin, dass sich unerwünsch- te Aufladungseffekte bei der Untersuchung isolierender Materialien durch eine „Elektronendusche“ leicht unterdrü- cken lassen. Deshalb sind Ionen die Teilchensorte der Wahl, um beispielsweise poröse keramische Materialien zu untersu- chen, die als zukunftsträchtige Speicher für Wasserstoff oder Methan gehandelt werden. Dies gilt auch für Biomaterialien, wie das Titelbild der aktuellen „entdeckt“-Ausgabe beweist. Das Helium/Neon-Ionenmikroskop im HZDR ist eine Entwick- lung des Unternehmensbereichs Mikroskopie von ZEISS und wurde durch ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Industrie finanziertes Projekt im Rahmen der Helmholtz-Platt- form für die Charakterisierung von Materialien für Energie- Systeme der Zukunft angeschafft. „Gemeinsam mit ZEISS wollen wir die Technologie weiterentwickeln“, freut sich von Borany auf die Arbeit mit dem neuen Gerät. Kontakt _Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR Dr. Johannes von Borany j.v.borany@hzdr.de

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