Rasterkraft-Schnappschüsse für alle Lebenslagen
Neues Verfahren erreicht atomare Auflösung auch unter Umgebungsbedingungen.
Ein Bild sagt häufig mehr als tausend Worte – dies gilt ebenfalls in der Medizin, der Biologie, der Chemie, der Physik oder in den Materialwissenschaften. Hier sind es vor allen Dingen Schnappschüsse im Nanobereich, die für Wissenschaft und Industrie von großem Interesse sind. Für möglichst exakte Darstellungen mussten Forscher allerdings bislang auf aufwändige Vakuumanlagen oder zumindest auf eine künstlich kontrollierte Umgebung – etwa über das Eintauchen der Probe in bestimmte Flüssigkeitslösungen – zurückgreifen.
Abb.: Kraftsensor, basierend auf einem Quarz-Federbalken („qPlus Sensor“): Die Messung erfolgt über den piezoelektrischen Effekt, wobei der schwingende Balken einen leicht nachweisbaren Wechselstrom erzeugt. (Bild: U. Regensburg)
Forscher der Universität Regensburg haben nun eine neue Methode entwickelt, die es erlaubt, Oberflächen ohne komplizierte und zeitraubende Präparation mit höchster Schärfe abzubilden. Ihnen gelang es, Salzoberflächen mit atomarer Auflösung darzustellen. Zur Entwicklung ihres neuen Verfahrens fanden die Regensburger Forscher Wege, um die grundlegenden Störeinflüsse in der Rasterkraftmikroskopie zu unterdrücken.
Die Rasterkraftmikroskopie erlaubt auch Abbildungen von Oberflächen unter Umgebungsbedingungen, aber die Ortsauflösung erreichte bisher noch nicht einzelne Atome. Sie erzeugt eine Darstellung von Oberflächen, die im Idealfall jedes einzelne Atom als Hügel anzeigt. Dies geschieht nicht optisch wie bei einem Lichtmikroskop, sondern durch mechanisches Abtasten – ähnlich dem Lesen von Blindenschrift.
Abb.: Kraftmikroskopie-Bild von Kaliumbromid mit einzelnen Stufen, die nur wenige Atomlagen hoch sind. Der Abstand zwischen den Atomen beträgt nur 0,46 Nanometer. (Bild: U. Regensburg)
Das Regensburger Forscherteam nutzte dafür eine spezielle Abtastspitze, eine „atomar-scharfe“ Metallspitze, die sich auf einem Schwingungsbalken aus Quarz befindet. Der Quarzbalken verändert seine Schwingungsfrequenz unter dem Einfluss der verschiedenen Kräfte, die auf die Abtastspitze einwirken. Auf diese Weise sind die Forscher nun in der Lage, beispielsweise einen Kaliumbromidkristall atomar aufgelöst abzubilden.
UR / DE
