Scharfes und schnelles Nanoskop
Demodulationstechnik ermöglicht Kombination von Nahfeld-Mikroskopie und Ultrakurzzeit-Spektroskopie.
Viele wichtige Prozesse in den Natur- und Lebenswissenschaften sind auch heute noch nicht verstanden. Dies liegt zum einen daran, dass solche Vorgänge auf einer Skala von Nanometern stattfinden und sich deshalb der konventionellen, optisch-
Abb.: Die hellen Streifen auf einer bekannten Dünnschicht-Probe aus Silizium und Germanium werden mit Laserlicht angeregt. Genau dort wird die ansonsten durchsichtige Probe reflexiv. (Bild: TU Dresden)
Eine neuartige Kamera aus Dresden verbindet die Vorteile aus zwei Welten: der Mikroskopie und der Spektroskopie. Sie ermöglicht unverfälschte optische Messungen extrem kleiner, dynamischer Änderungen von biologischen, chemischen oder physikalischen Prozessen. Zudem ist das Instrument sehr kompakt und kann für die spektroskopischen Untersuchungen einen großen Teil des elektromagnetischen Spektrums nutzen. Für die einzelnen Bilder kann man Zeitschritte von wenigen Femtosekunden bis hin zu Sekunden wählen. „Damit ist unser Nanoskop für die Darstellung ultraschneller physikalischer Prozesse ebenso geeignet wie für biologische Prozesse, die oft sehr langsam verlaufen“, freut sich Michael Gensch vom Helmholtz-
Das Nanoskop basiert auf einer Weiterentwicklung der Nahfeld-
Bei der Ultrakurzzeit-
„Wir haben eine Software mit einer besonderen Demodulationstechnik entwickelt, mit der wir neben der hervorragenden Auflösung der Nahfeld-Mikroskopie, die um mindestens drei Größenordnungen besser ist als die der Ultrakurzzeit-
„Durch den großen Wellenlängenbereich unseres Nanoskops können dynamische Prozesse mit den für die konkrete Messung am besten geeigneten Wellenlängen untersucht werden, was ein wichtiger Schritt zu deren Verständnis ist. So haben unsere Kollegen von der FU Berlin den ehrgeizigen Traum, die strukturellen Änderungen während des Photozyklus eines einzelnen Membranproteins im infraroten Spektralbereich zu verfolgen“, sagt Gensch. Gemeinsam mit seiner TU-Kollegin Susanne Kehr hat er die neue Methode zunächst an einem bekannten Proben-System, einer halbleitenden Schicht aus Silizium und Germanium, demonstriert. „Hätten wir eine unbekannte Probe als Demonstrator genutzt, wären wir nicht in der Lage gewesen, die Funktionalität unseres Ansatzes richtig zu interpretieren“, betont Kehr.
Das Nanoskop aus Dresden ist universell an die jeweiligen wissenschaftlichen Fragestellungen adaptierbar. Die Wellenlängen der Abfragepulse können prinzipiell vom tiefen Terahertz-Bereich bis in den ultravioletten Bereich reichen. Die Probe kann mit Laser-, Druck-, Spannungs- oder Magnetfeld-Pulsen angeregt werden. Am HZDR wurde das Prinzip an einem typischen Laborlaser getestet sowie am Freie-Elektronen-Laser FELBE. Erste Versuche an der neuen Terahertz-Quelle TELBE, die extrem kurze Spannungs- und Magnetfeld-Pulse zur Anregung zur Verfügung stellt, sind in Vorbereitung. „Zukünftig können wir dann nicht nur sehen, wie schnell ein Prozess abläuft, sondern auch besser lokalisieren, wo genau in der Probe er stattfindet. Das ist insbesondere für unsere TELBE-Anlage, die im nächsten Jahr in Betrieb gehen wird, von großer Bedeutung“, erläutert Michael Gensch, Leiter des TELBE-Projekts am HZDR.
HZDR / DE