PETRA-III bietet Rekord-Röntgenblick
Röntgen-Rastermikroskop am DESY erreicht mit 10 Nanometern weltbeste Auflösung
Ein neuartiges Mikroskop bietet den weltweit schärfsten Röntgenblick. Dank der außergewöhnlichen Brillanz der Röntgenquelle PETRA-III am DESY kann das Mikroskop noch bis zu zehn Nanometer kleine Details abbilden. Nur an wenigen Orten auf der Welt ist eine so feine optische Auflösung möglich.
Abb.: Aufnahme des Siemenssterns aus Tantal mit dem Röntgenrastermikroskop an der Messstation P06. (Bild: Schroer at al.)
Ein Team der TU Dresden um Christian Schroer baute das Instrument gemeinsam mit DESY-Forschern am Messplatz P06, gefördert vom Bundesforschungsministerium. Es steht bereits allen Nutzern zur Verfügung. Mögliche Anwendungen sind etwa die Abbildung von Strukturen in Mikrochips oder die Untersuchung der Chemie von Katalysator-Nanoteilchen.Das Rasterröntgenmikroskop setzt auf die Ptychographie-Technik. Das heißt, es bildet die Untersuchungsobjekte nicht direkt ab, sondern registriert die Beugungsmuster, die entstehen, wenn ein feiner Röntgenstrahl die Probe abrastert. Er fährt das Untersuchungsobjekt dazu Punkt für Punkt ab, aus der Gesamtheit der Beugungsbilder entsteht dann ein Abbild der Probe.
„Mit der Ptychographie umgeht man die Beschränkung der Auflösung in der konventionellen Mikroskopie“, erläutert Schroer. Je mehr Details sich vor allem im Außenbezirk des Beugungsbilds aufzeichnen lassen, desto genauer wird die Abbildung. Durch die enorme Helligkeit von PETRA-III ist das Beugungsbild auch weit in den Außenbezirken noch erkennbar. So erreicht das Rasterröntgenmikroskop bei DESY die Rekordauflösung von zehn Nanometern – das ist mindestens doppelt so gut wie in der konventionellen Mikroskopie möglich.
„Das ist ein Musterbeispiel für die Anwendung einer Hochbrillanzquelle“, betont Schroer. Seine Gruppe demonstrierte die Fähigkeiten des Rasterröntgenmikroskops durch Abbildung eines Siemenssterns, in dem sich weiße und schwarze Strahlen abwechseln, aus Tantal. Die Technik eignet sich für zahlreiche Anwendungen im Nanokosmos, etwa um die Struktur von Mikrochips abzubilden oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu untersuchen. Darüber hinaus kommt sie für zahlreiche Proben aus den Bereichen Geo- und Umweltwissenschaften sowie der Biomedizin infrage.
Im Prinzip ist die Auflösung des Mikroskops nur durch die Röntgenstrahldichte auf der Probe beschränkt. In Zukunft kann diese durch Optimierung der fokussierenden Röntgenoptik noch wesentlich gesteigert werden, so dass eine Auflösung mindestens bis hinunter zu einem Nanometer möglich wird.
DESY / OD
