Mikroskopieren mit einzelnen Ionen
Neuartiges Ionenmikroskop nutzt einzelne Ionen, um Abbildungen mit einer Auflösung im Nanometerbereich zu erzeugen
©: Georg Jacob / JGU
In der herkömmlichen Transmissionsmikroskopie werden die von einer Quelle emittierten Teilchen auf einen kleinen Bereich eines Untersuchungsobjekts hin beschleunigt und anschließend von einem Detektor erfasst, falls sie das Objekt durchdringen. Sowohl die Quelle als auch die Detektoren unterliegen Störsignalen, einem so genannten Rauschen, weshalb Forscher typischerweise den Ionenfluss erhöhen, um das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Problematisch ist hierbei, dass viele Objekte, beispielsweise biologische Proben, einer derart hohen Ionenbestrahlung nicht standhalten können.
Das von Georg Jacob und seinen Kollegen entwickelte Ionenmikroskop erreicht ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei gleichzeitig kleinstmöglicher Ionenfluss-Rate. Dazu werden zunächst einzelne Kalzium-Ionen in einer elektrischen Falle gefangen. Entsprechend angelegte elektrische Felder extrahieren die Ionen und erzeugen einen wenige Nanometer großen Fokusbereich, durch den das Zielobjekt schrittweise bewegt wird.
Bei jedem Schritt oder "Pixel" wird ein einzelnes Ion aus der Falle emittiert und entweder durch das Objekt blockiert oder von dem dahinter stehenden Detektor registriert. Weil die Emissionszeit des Ions präzise bestimmt ist, können die Forscher das natürliche Rauschen des Detektors ausschalten, da nur Ereignisse genau bei der erwarteten Ankunftszeit gezählt werden. Auf diese Weise lässt sich die "Dunkelzählrate" im Detektor um ein Millionenfaches verringern. Mit weniger als 300 Ionen gelang es dem Team, die Position eines 1 Mikrometer großen kreisförmigen Lochs in einer Diamantprobe mit einer Genauigkeit von 2,7 Nanometern zu bestimmen. In Zukunft soll diese neuartige Mikroskopie dazu eingesetzt werden, einzelne Atome mit Nanometer-Genauigkeit in einem Festkörper zu platzieren, um Bauelemente für Speicher und Prozessoren mit Quantenbits herzustellen. Hierzu arbeitet das Team mit Forschern aus Australien, Stuttgart, Ulm und Kassel zusammen.
Originalveröffentlichung
Meistgelesene News
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.