»Frontiers of Knowledge Award« Materialforschung auf atomarer Ebene

Für die Entwicklung einer neuen Generation aberrationskorrigierter Elektronenmikroskope mit Auflösungen im atomaren Bereich haben drei deutsche Forscher den »Frontiers of Knowlege Award« der BBVA Foundation erhalten. Die Geräte sollen neue Materialien für Datenspeicher und Prozessoren untersuchen, ebenso die Eigenschaften neuer Werkstoffe für Brennstoffzellen, Batterien oder Solarzellen.

Für die Jury steht fest, »dass die neuen Mikroskope eine Schlüsseltechnologie in vielen Feldern der Grundlagen- und angewandten Forschung darstellen, die es erlaubt, die Auswirkungen von atomaren Verschiebungen auf Materialeigenschaften sowie atomare Wechselwirkungsdynamik zu studieren«.

Den mit rund 400.000 Euro dotierten Preis erhalten der Physiker Maximilian Haider, Honorarprofessor am KIT, Professor Harald Rose, Seniorprofessor an der Universität Ulm und Professor Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich.

Die drei Wissenschaftler begannen 1990 ein gemeinsames Projekt, das zum Ziel hatte, die seit etwa 60 Jahren bekannten Bildfehler elektronenoptischer Linsen zu korrigieren. Dazu schlug Rose ein theoretisches Konzept vor, Haider realisierte dies in einem Gerät. Bereits 1997 konnte mit diesem Labormuster eine bahnbrechende Auflösungsverbesserung nachgewiesen werden. Die Korrektur der Bildfehler wird dabei durch neuartige »unrunde« Elektronenoptiken, die aus sogenannten magnetischen Multipolen bestehen, ermöglicht. Diese beeinflussen die Elektronenstrahlen so, dass die Bildfehler einer Objektivlinse, die Aberration, kompensiert werden – wie bei einem Fehlsichtigen eine Brille. Das Ergebnis ist eine stark verbesserte Bildauflösung.

Aus der Arbeit der Wissenschaftler ging 2001 der erste anwendungsorientierte kommerzielle Prototyp einer neuen Generation von Elektronenmikroskopen hervor. Heute produzieren alle großen Elektronenoptikunternehmen der Welt Mikroskope auf der Basis der neuen Elektronenoptik. Die neuen Methoden ermöglichen die Beobachtung einzelner Atome in einer sehr hohen Auflösung von etwa 50 Pikometern. Ein Pikometer entspricht dabei dem milliardstel Teil eines Millimeters und damit einer Distanz, die etwa hundertmal kleiner ist als der Durchmesser eines Atoms.

Maximilian Haider, 1950 in Österreich geboren, ist Gründer und Leiter der Firma CEOS, Heidelberg, die aus dem Projekt hervorgegangen ist. Weltweit sind heute 200 Mikroskope in Universitäten und Forschungslaboren auf der Basis der neuen bahnbrechenden Elektronenoptik im Einsatz, die zu über 90 Prozent von der Firma CEOS stammen. Maximilian Haider ist seit 2008 Honorarprofessor am Karlsruher Institut für Technologie und Mitglied des dortigen Laboratoriums für Elektronenmikroskopie.