Auszeichnung für Jülich-Aachener Professor Dunin-Borkowski

Rafal Dunin-Borkowski ist Direktor am Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen. Dort versucht er elektronenmikroskopische Methoden zu entwickeln, mit denen sich Magnetfelder im Inneren von Materialien mit nahezu atomarer Auflösung abbilden lassen. Vom Erfolg des Projektes würde die Grundlagenforschung im Bereich des Nanomagnetismus ebenso profitieren wie die anwendungsorientierte Forschung.

Schaltkreise und Baugruppen für die Informationstechnologie schrumpfen von Jahr zu Jahr, aber noch ist unklar, wo die physikalischen Grenzen liegen. Ob beispielsweise Daten in magnetisierbaren Nanokristalliten, das heißt in Bereichen von nur wenigen Dutzend Atomen Größe, stabil gespeichert werden können, soll sich zukünftig mit Hilfe der Elektronenmikroskope des Ernst Ruska-Centrums aufklären lassen. Eine besondere Herausforderung besteht darin, dass die in den Nanokristalliten eingeschriebenen magnetischen Felder nur sehr schwach sind. Um sie sichtbar zu machen, muss das magnetische Signal von dem herkömmlichen Bildsignal der Kristallstruktur sauber getrennt werden. Je kleiner die Kristallite sind, desto höher muss die technische Qualität des magnetischen Nutzsignals und damit die Auflösung des Elektronenmikroskops sein.

Ziel des Projektes ist deshalb, das räumliche Auflösungsvermögen einer speziellen Form der Elektronenmikroskopie, der „Elektronenholografie“, für die Abbildung magnetischer Felder in kristallinen Materialien auf weniger als einen halben Nanometer zu verbessern – das entspricht etwa einem Faktor zehn gegenüber heute. „Erst dann werden magnetische Felder nahezu atomar aufgelöst. Dadurch könnten wir erstmals ganz direkt verstehen, welchen Einfluss Materialdefekte, Oberflächen und Grenzflächen sowie die lokale chemische Zusammensetzung auf die magnetischen Eigenschaften von Materialien haben“, erläutert Dunin-Borkowski.

Seit Februar 2012 ist am Ernst Ruska-Centrum mit PICO eines von zwei weltweit einzigartigen Elektronenmikroskopen mit speziellen Korrekturlinsen verfügbar, welche einen als chromatische Aberration bekannten Linsenfehler korrigieren können. Dieser verminderte bisher das Auflösungsvermögen herkömmlicher Elektronenmikroskope. PICO kann bereits jetzt den Aufbau und die chemische Zusammensetzung im Inneren von Kristallen mit zuvor unerreichbarer Genauigkeit sichtbar machen. Die Projektpartner wollen nun verstehen, wie die Korrekturlinsen eingesetzt werden können, um auch die schwachen magnetischen Felder in Nanokristalliten mit möglichst hoher Auflösung zu vermessen.

Rafal Dunin-Borkowski forscht seit mehr als 20 Jahren an fortgeschrittenen Methoden der Elektronen¬mikroskopie, unter anderem der Elektronen¬holografie. 2009 erhielt er den Ernst-Ruska-Preis der Deutschen Gesellschaft für Elektronenmikroskopie für den Einsatz der Elektronenholografie zur Charakterisierung magnetischer Felder in Materialien und Bauteilen mit einer Ausdehnung von weniger als 100 Nanometern.

Der Brite ist seit April 2011 Direktor am Jülicher Peter Grünberg Institut und Professor für Experimentalphysik an der RWTH Aachen sowie Direktor am Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen, das vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen unter dem Dach der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) betrieben wird. Zuvor war er Gründungsdirektor am Center for Electron Nanoscopy der Technischen Universität von Dänemark in Lyngby bei Kopenhagen. Zu den bisherigen Stationen seiner wissenschaftlichen Karriere gehörten Aufenthalte in Cambridge, Oxford und Arizona.

FZ Jülich / PH