Die TU Berlin eröffnet am 20. Oktober 2011 ein hochmodernes Gebäude für Elektronenmikroskopie auf dem Campus Charlottenburg.
TEM © TU Berlin/Pressestelle/Ruta
Kein Laut und keine Erschütterung dringen in die Mikroskopräume. Hightech-Instrumente wie ein neues Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) sind dort installiert, mit denen aufgrund ihrer besonderen Leistungsfähigkeit nur in einer störungsarmen Umgebung gearbeitet werden kann. Nanopartikel und atomare Strukturen werden dank dieser Instrumente deutlich sichtbar.
Die höchste Funktionalität neuer Materialien und Werkstoffe werden heute durch gezielte Strukturierung im Nanometerbereich erreicht. Die im neuen TEM-Gebäude installierten Hightech-Instrumente ermöglichen es, Strukturen im (Sub-)Nanometerbereich aufzuklären und Elementanalysen durchzuführen. Mit dem Elektronenmikroskop „FEI Tecnai TEM“ werden beispielsweise Nanoteilchen untersucht, die im Rahmen des Exzellenzclusters „UniCat Unifying Concepts in Catalysis“ an der TU Berlin hergestellt wurden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler versuchen auf diese Weise, die grundlegenden Zusammenhänge zwischen der Oberflächenstruktur der Nanoteilchen und deren katalytische Aktivität besser zu verstehen.
Das Gebäude ist auf die schwierige Umgebung – bedingt durch die Citylage – speziell abgestimmt und damit in seiner besonderen Art und Weise im Vergleich zu anderen elektronenmikroskopischen Zentren weltweit wahrscheinlich einmalig. Zu den Besonderheiten gehören die Haus-in-Haus-Bauweise und 122 bis zu zehn Meter tiefe Pfähle zur Abschirmung von Vibrationen. Die begrünten Dächer dienen unter anderem als Klimapuffer. In dem neuen TU-Haus stehen vier leistungsfähige Elektronenmikroskope, welche von der Zentraleinrichtung Elektronenmikroskopie (ZELMI) und der Physik-Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Michael Lehmann der TU Berlin betrieben werden. Darunter befindet sich das einzigartige, durch TU-Professor Lehmann und dem Hersteller FEI für Holographie optimierte „Titan 80-300 Berlin Holography Special TEM“. Die Instrumente kosten zusammen rund 4 Millionen Euro.
UniCat-Professor Michael Lehmann gab den Anstoß zur Verbesserung eines Transmissions-Elektronenmikroskops und Entwicklung des optimierten Instruments „FEI Titan 80-300 Berlin Holography Special TEM“. Nach Annahme seines Rufes an die TU Berlin 2006 begann Lehmann zu erforschen, wie die von seinem Doktorvater Prof. Dr. Hannes Lichte zehn Jahre zuvor angestellten theoretischen Überlegungen in einem konkreten TEM umgesetzt werden könnten.
Für die Aufnahme von Elektronenhologrammen in einem TEM ist das „Möllenstedtsche Biprisma“ essentiell. Dessen optimale Position in dem Gerät beschreibt Lichte für die atomar auflösende Elektronenholographie bereits 1996 in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung in der Zeitschrift „Ultramicroscopy“. Das spezielle Biprisma besteht aus einem Glasfaden, der mit Gold bedampft und dadurch leitfähig ist. Durch Anlegen einer positiven Spannung erhält man ein Interferenzmuster, das sogenannte Elektronenhologramm.
Da das „FEI Titan TEM“ aus einzelnen Modulen besteht, hat der Physiker die Möglichkeiten geprüft, wo das Biprisma am besten eingesetzt werden könnte. Mit seinen Ergebnissen trat er an den Hersteller FEI heran. Im Rahmen eines Kooperationsvertrages wurde das speziell für Holographie optimierte und dadurch einzigartige Instrument aufgebaut. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) förderte dieses Projekt.
FEI Titan 80-300 Berlin Holography Special TEM: Das Hochleistungs-Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) mit Feldemissionselektronenquelle und Bildfehlerkorrektor im Abbildungsteil ermöglicht eine Auflösung von 80 Pikometer, wobei ein Pikometer einem Milliardstel Millimeter entspricht. Mit einer zusätzlichen Linse inklusive eines zweiten Biprismas ist das Instrument in seiner Art auf FEI’s Titan Basis weltweit einmalig. Das Instrument, finanziert von der DFG und der TU Berlin, ist seit Juni 2011 in Betrieb.
FEI Tecnai G2 20 TEM: Das Standard-TEM mit LaB6-Elektronenquelle wird in der Aufklärung von Nanostrukturen eingesetzt. Mit einem Röntgen-Detektor können zusätzlich die chemischen Elemente der Probe bestimmt werden. Das Instrument ist durch den DFG-Exzellenzcluster „UniCat“ finanziert und seit 2009 in Betrieb.
FEI Helios 600 FIB: Das Gerät besteht aus zwei Instrumenten: Einem Rasterelektronenmikroskop zur Abbildung und Analyse von Oberflächen sowie einem Ionenstrahlschreiber, der Proben gezielt schneidet und Strukturen im Nanometerbereich herstellt. Diese sogenannte „Focused Ion Beam“ (FIB) ist eine Nanowerkbank. Das Instrument wurde im Rahmen eines durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung co-finanzierten Projektes angeschafft. Unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan Eisebitt forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Berlin seit Dezember 2010 mit dem Gerät.
Hitachi S-4000 SEM: Das Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (SEM) ermöglicht die hochauflösende Abbildung und Analyse von Probenoberflächen im Nanometerbereich. Finanziert wurde es 1990 durch die Berliner Senatsverwaltung für Bau- und Wohnungswesen. jb
Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Michael Lehmann, TU Berlin, Institut für Optik und Atomare Physik, Fachgebiet Elektronenmikroskopie und -holographie, Tel.: 030/314-23585 lehmann(at)physik.tu-berlin.de