Neue Ionenfeinstrahlanlage stärkt Nano- und Hochdruckforschung

Fokussierter Ionenstrahl ermöglicht Materialbearbeitung mit Nanometer-Genauigkeit

11.07.2016 - Deutschland

Mit einer neuen Ionenfeinstrahlanlage (Focused Ion Beam, FIB) können Wissenschaftler bei DESY Materialien auf wenige Nanometer genau präparieren und dabei „live“ mit einem Rasterelektronenmikroskop beobachten. Darüber hinaus liefert das neue Spezialmikroskop detaillierte Einblicke in die innere Struktur von Materialproben. Das Kombinationsgerät wurde durch die Universität Bayreuth im Rahmen eines vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Verbundforschungsprojekts angeschafft, das auf dem DESY-Gelände angesiedelt ist. Betrieben wird das Gerät im DESY-NanoLab gemeinsam mit der Universität Bayreuth.

„Das Mikroskop kann nicht nur mikroskopische Defekte, Risse oder punktuelle Korrosionsstellen unter der Oberfläche von Materialien untersuchen, sondern auch mit dem fokussierten Ionenstrahl Probenoberflächen hochpräzise auf der Nanometerskala zurechtschneiden“, erläutert Projektwissenschaftler Maxim Bykov von der Universität Bayreuth. Mit Hilfe des Ionenstrahls lässt sich Material abtragen wie mit einer Mikrofräse. Die Kombination mit einem Elektronenmikroskop macht die Anlage für viele Anwendungsbereiche etwa aus der Nanotechnologie, den Materialwissenschaften und der Biologie besonders interessant.

„Neben der Strukturuntersuchung haben auch die materialabtragenden Eigenschaften des Ionenstrahls eine weites Einsatzfeld“, sagt die Leiterin des Verbundforschungsprojekts (Förderkennzeichen 05K13WC3), die Bayreuther Professorin Natalia Dubrovinskaia. Ein Anwendungsbeispiel ist die Präparation winziger Diamantstempel, zwischen denen Proben für Ultra-Hochdruckexperimente eingeklemmt werden können. Die dafür verwendeten Diamanten sind so klein, dass sie sich nicht anders bearbeiten lassen. Mit der Ionenfeinstrahlanlage können die sogenannten doppelstufigen Diamantstempelzellen mit Nanometer-Genauigkeit vorbereitet werden. Die Ultra-Hochdruckexperimente finden an DESYs Extreme Conditions Beamline (ECB) P02.2 statt, die von DESY-Forscher Hanns-Peter Liermann geleitet wird.

Darüber hinaus können Forscher mit dem Gerät über die Messung von Fluoreszenzstrahlung die chemische Zusammensetzung von Proben erkunden. „In Kombination mit der eingebauten Fräse lässt sich durch abwechselnde Abtragung und chemische Abbildung ähnlich einer 3D-Tomographie nicht nur die dreidimensionale Struktur, sondern auch die Elementverteilung in der Tiefe bestimmen“, ergänzt Privatdozent Thomas Keller, Leiter des Teilbereichs Mikroskopie und Nanostrukturierung im DESY-NanoLab.

Die Verbundforschung bindet Universitäten in der Entwicklung und dem Aufbau innovativer Methoden und Instrumente für große Forschungseinrichtungen ein. Sie ermöglicht auf diese Weise die Verknüpfung der herausragenden Kompetenzen der Hochschulen mit denen der Forschungseinrichtungen und steigert damit deren Leistungsfähigkeit und das Nutzungsspektrum.

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