Jülich arbeitet am Blick auf ein einzelnes Atom

Von: sf.
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Präzise Handarbeit: Ob das alte oder ab dem nächsten Jahr das neue Hochleistungsmikroskop in Jülich genutzt wird, ändert an der exakten Vorbereitung der Proben wenig, denn die zu untersuchenden Materialien sind nur wenige Millimeter groß. Foto: Schiffer

Jülich/Aachen. Am Mittwoch werden in Jülich größere Erdmengen bewegt, um am Ende unvorstellbar kleinen Teilchen näherzukommen. Die „Jülich Aachen Research Alliance” (Jara) erweitert das Ernst-Ruska-Centrum im Forschungszentrum Jülich. Am Mittwoch ist Spatenstich.

Ab Herbst 2010 soll in einem Neubau dann das das Elektronenmikroskop „Pico” stehen. Das weltweit erste, das eine Auflösung von 50 Milliardstel Millimeter ermöglicht, so dass ein einziges Atom beobachtet werden kann.

Zu Beginn liegt einfache, aber hochpräzise Handarbeit. Ganz vorsichtig saugt der Physiker Juri Barthel die kaum erkennbare Probe in kristalliner Form an, tröpfelt diese in den nur drei Millimeter großen Mikroskopträger, eine Art Röhre, die anschließend ins Elektronenmikroskop „Titan” geschoben wird. Drei Meter groß ist der Koloss im Keller des Ernst-Ruska-Centrums (ERC). Seit 2006 stellt er die modernste Generation von Elektronenmikroskopie dar. Noch. Wie gesagt. In etwa einem Jahr will Jara den Nachfolger, das neue, weltweit einzigartige Höchstleistungs-Elektronenmikroskop „Pico” in Betrieb nehmen.

Die Finanzierung des rund 15 Millionen Euro teuren Projektes „Pico” teilen sich NRW, das Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Zielvorgabe: die ultimativen Grenzen elektronenmikroskopischer Abbildungstechniken ausreizen. Denn nur wer die atomaren Ursachen von Materialeigenschaften kennt, kann Materialien maßschneidern.

100-Tonnen-Betonsockel

So wird Juri Barthel seine Forschung noch ein Jahr lang mit „Titan” bestreiten, auf der Suche nach einem Material für die Gasabscheidung in der Kraftwerks- oder Brennstoffzellentechnik. „Dieses Material muss gasdicht sein, aber gleichzeitig Sauerstoff durchlassen.” Ein entscheidender Schritt dazu könnte „Pico” sein, mit dem es erstmals möglich sein wird, einzelne Atome in der Materialforschung zu beobachten.

Damit die Probemessungen frei von jeglichen Einflüssen von außen - wie Erschütterungen, Lärm, Luft oder Temperatur - sind, wird ein Spezialgebäude errichtet. Gebaut in einem sogenannten Raum-in Raum-Konzept wird das über vier Meter große Elektronenmikroskop auf einem freischwingenden, 100 Tonnen schweren Betonsockel installiert. Zur exakten Berechnung sind sogar schwere Lastkraftwagen oder Feuerwehrfahrzeuge am künftigen Bauplatz vorbeigefahren, Lärmpegel wurden aufgezeichnet, auch Erschütterungen aus dem nahen Tagebau Hambach flossen mit in die Berechnung der Wissenschaftler ein. Ebenso sorgt ein ausgeklügeltes Belüftungssystem dafür, dass Temperaturschwankungen vermieden werden.

„Schon die Anwesenheit eines Wissenschaftlers in der Nähe des Mikroskops lässt die Temperatur im Raum um 0,2 Grad Celsius ansteigen. Eine Probenmessung ist dann für Stunden nicht möglich”, kennt Juri Barthel. Das sind die Tücken ultrahochauflösender Elektronenoptik.

Ziel der Wissenschaftler ist es, Verschiebungen von Atomen in Materialien mikroskopisch auf wenige Pikometer genau zu messen. Zum Verständnis: Ein Pikometer entspricht dem Milliardstel Teil eines Millimeters, einer Distanz, die etwa hundertmal kleiner ist als der Durchmesser eines Atoms.

Schon jetzt Anfragen für Miskroskop-Zeiten

Wenn Jara im Herbst 2010 das ultrahochauflösende Elektronenmikroskop im Erweiterungsbau des Ernst-Ruska-Centrums in Betrieb nimmt, werden anschließend rund 50 Prozent Messzeiten an Externe vergeben. „Schon jetzt liegen Anfragen und Anmeldungen vor”, sagt Norbert Drewes, Generalsekretär der „Jülich Aachen Research Alliance”.

Mit zwei Mitarbeitern koordiniert Drewes von Jülich und Aachen aus die Arbeit der Forschungsallianz, der zurzeit rund 100 Professoren und 3500 Techniker und Wissenschaftler im direkten Umfeld angeschlossen sind. Der Jahresetat liegt bei 350 Millionen Euro.
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