Den atomaren Bauplan entschlüsseln

Mineralogen der Universität Jena nehmen erstes energiegefiltertes Hochspannungs-Transmissionselektronenmikroskop Thüringens in Betrieb

Neue Einblicke in den Mikrokosmos ermöglicht ein neues High-Tech-Mikroskop, das jetzt am Institut für Geowissenschaften der Friedrich-Schiller-Universität Jena installiert wurde. Die Mineralogen um Prof. Dr. Falko Langenhorst haben ein neues Transmissionselektronenmikroskop (TEM) in Betrieb genommen. „Es ist bisher das einzige energiegefilterte Hochspannungs-Transmissionselektronenmikroskop Thüringens“, erklärt Langenhorst. „Mit dem Gerät können wir einzigartige Abbilder der atomaren Struktur und der Verteilung von chemischen Elementen z. B. in Gesteinsproben oder Werkstoffen erzeugen“, so der Lehrstuhlinhaber für Mineralogie. Das neue Forschungsmikroskop bereichert den Gerätepool der Chemisch-Geowissenschaftlichen Fakultät der Universität Jena und kann von verschiedenen Arbeitsgruppen für unterschiedliche Fragestellungen genutzt werden.

Transmissionselektronenmikroskope sind Mikroskope, bei denen die Probe mit Elektronen, anstatt mit Licht „durchleuchtet“ wird. Da schnelle Elektronen eine sehr viel kleinere Wellenlänge als sichtbares Licht haben und die Auflösung eines Mikroskops durch die Wellenlänge begrenzt ist, kann mit einem Elektronenmikroskop eine deutlich höhere Auflösung (derzeit etwa 0,2 nm) erreicht werden als mit einem Lichtmikroskop (etwa 200 nm). Auch kleinste „Baufehler“ in der atomaren Struktur einer Probe können so nachgewiesen werden. Die Proben dürfen nur wenige Nanometer dick sein, damit die Elektronen sie durchdringen können. Beim Durchgang durch die Probe stoßen die vorab beschleunigten Elektronen auf die Atome des zu untersuchenden Materials, werden abgelenkt oder verlieren bei Stoßprozessen an Fahrt. Bei einem energiegefilterten Transmissionselektronenmikroskop können die dabei auftretenden Energieverluste detektiert werden.

„Weil sich mit dem neuen Mikroskop sehr kleine Energieunterschiede messen lassen, kann man sogar sagen, ob ein bestimmtes chemisches Element, z. B. Eisen in seiner zwei- oder dreiwertigen Form vorliegt. Es lassen sich also nicht nur die Verteilung der Elemente sondern auch Veränderungen in der Wertigkeit und den Bindungszuständen abbilden“, illustriert Langenhorst die Fähigkeiten der Neuerwerbung. Er selbst analysiert mit dem hochauflösenden Gerät u. a. Meteoriten. „Ein Blick auf die innere Nanostruktur eines Meteoriten verrät, welche Prozesse er seit seiner Bildung durch Kondensation aus dem Sonnennebel durchlaufen hat, lange bevor er auf der Erde einschlug“, so der Jenaer Wissenschaftler.

Doch auch für materialwissenschaftliche und biologische Fragestellungen eignet sich das neue Gerät. So lassen sich z. B. die physikalischen Eigenschaften eines Werkstoffes mit dem Transmissionselektronenmikroskop verstehen. Mit diesem Wissen ist es dann möglich, maßgeschneiderte Werkstoffe herzustellen und Syntheseprozesse zu optimieren. Für biologische Anwendungen müssen die empfindlichen Proben anders vorbereitet und im gekühlten Zustand bei niedrigeren Beschleunigungen betrachtet werden. Mit dem Gerät hofft Langenhorst auch, die außeruniversitären Kooperationen mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen ausbauen zu können.

Kontakt:
Prof. Dr. Falko Langenhorst
Institut für Geowissenschaften der Universität Jena
Burgweg 11, 07749 Jena
Tel.: 03641 / 948700 oder 948601
E-Mail: Falko.Langenhorst@uni-jena.de