Neues Applikationslabor für in situ-Elektronenmikroskopie
Zwei neue Instrumente im Joint Lab für Elektronenmikroskopie der Humboldt-Universität zu Berlin und dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ).
Im EFRE-geförderten Projekt „Applikationslabor für in situ Transmissionselektronenmikroskopie“ (ALISE) am Joint Lab JEMA in Berlin-Adlershof wurde eine neue Generation hochmoderner Elektronenmikroskopie-Instrumente in Betrieb genommen. Im Zentrum steht das Transmissionselektronenmikroskop Spectra Ultra der Firma Thermo Fisher Scientific, ausgestattet mit ILIAD EELS, einem integrierten Monochromator und dem hocheffizienten Ultra-X-Detektor. Dieses Mikroskop bildet nicht nur einzelne Atomlagen ab, sondern misst gleichzeitig die chemische Zusammensetzung, lokale elektrische Felder und die elektronische Struktur von Materialien – und das unter realistischen Betriebsbedingungen, etwa bei hohen Temperaturen, unter elektrischer Spannung oder in Gasatmosphären.
Der in das Spectra Ultra integrierte Monochromator ermöglicht eine Energieauflösung in EELS-Spektren besser als 25 meV. In Kombination mit der neuen ILIAD-EELS-Optik können nun Energieverluste gemessen werden, die bislang im Wesentlichen nur an Synchrotronquellen zugänglich waren – hier jedoch mit atomarer Ortsauflösung direkt im Elektronenmikroskop. Eine neuartige „always-in-focus“-Optik sorgt dafür, dass diese Informationen über einen sehr großen Energiebereich scharf und zuverlässig bleiben. Der Ultra-X-Detektor ergänzt dies durch eine äußerst effiziente, strahlenschonende Röntgenanalytik: Durch seine besonders hohe Effizienz können chemische Karten viel schneller aufgenommen oder mit deutlich geringerer Strahlenbelastung erzeugt werden – ein entscheidender Vorteil für empfindliche Proben wie moderne Halbleiter, Batteriematerialien oder Sensorstrukturen. Das System gehört zu den ersten Installationen dieser Art in einem akademischen Labor.
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Eine entscheidende Rolle für die Qualität dieser Untersuchungen spielt die Probenpräparation. Hier kommt die Helios 5 Hydra UX zum Einsatz, ein hochmodernes Zweistrahl-Rasterelektronenmikroskop mit Plasma-Ionenquelle. Es nutzt Gase wie Argon oder Xenon, Stickstoff und Sauerstoff, um ultradünne, saubere und hochreproduzierbare Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie herzustellen. Gegenüber konventionellen Ionenquellen werden Kontaminationen deutlich reduziert, eine besonders feine Endpolitur verbessert die Abbildungsqualität, und KI-gestützte, automatisierte Workflows verkürzen die Probenbearbeitungszeit auf unter eine Stunde.
Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts ist die Automatisierung von Experimenten und Datenauswertung mit Hilfe künstlicher Intelligenz. Gemeinsam mit dem IKZ International-Fellowship-Preisträger Sergei Kalinin werden KI-gestützte, teil- und vollautomatisierte Mess- und Analyseabläufe entwickelt. Die hierfür notwendige Dateninfrastruktur entsteht im Rahmen von FAIRmat, einem Verbund innerhalb der nationalen Forschungsdateninfrastruktur NFDI der DFG.
ALISE ist als offenes Applikationslabor konzipiert. Forschende aus Universitäten und außeruniversitären Einrichtungen sowie Unternehmen – insbesondere kleine und mittlere Unternehmen – sind eingeladen, die Infrastruktur im Rahmen von Kooperationsprojekten zu nutzen. Gerade Firmen aus den Bereichen Mikroelektronik, Photonik, Energie- und Sensortechnik erhalten so Zugang zu Methoden, die sonst nur an wenigen großen internationalen Forschungseinrichtungen verfügbar sind.
ALISE ist zugleich ein Eckstein des Berlin-Adlershof Center for Advanced Microscopy (BEAM), in dem die Elektronenmikroskopie-Aktivitäten von Humboldt-Universität, Helmholtz-Zentrum Berlin, Fritz-Haber-Institut und IKZ gebündelt werden. Mit ALISE entsteht in Adlershof eine europaweit sichtbare Infrastruktur, die wissenschaftlichen Fortschritt und technologische Innovation in enger Partnerschaft mit der Industrie vorantreibt. [L-IKZ / dre]
Anbieter
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)Max-Born-Straße 2
12489 Berlin
Deutschland
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