Jülich: Elektronenmikroskop optimiert: Jülicher Forscher erhält Preis

Jülich: Elektronenmikroskop optimiert: Jülicher Forscher erhält Preis

Prof. Maximilian Haider von der CEOS GmbH, Heidelberg, Prof. Harald Rose, Seniorprofessor an der Universität Ulm, und Prof. Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich erhalten den Frontiers of Knowledge Award 2014 der BBVA-Stiftung in der Kategorie Grundlagenforschung.

Der Preis der Stiftung des spanischen Finanzkonzerns Banco Bilbao Vizcaya Argentaria SA würdigt die von den drei Wissenschaftlern maßgeblich entwickelte neue Generation von aberrationskorrigierten Elektronenmikroskopen.

Sie ermöglichen es erstmals, atomare Strukturen bis hin zu Lageverschiebungen im Pikometer-Bereich (1 Pikometer entspricht einem milliardstel Millimeter) abzubilden. Sie revolutionierten damit die Materialwissenschaften. Die Auszeichnung ist mit 400.000 Euro dotiert.

Die drei Physiker schlossen sich Anfang der 1990er Jahre zusammen mit dem Ziel, die seit der Erfindung der Elektronenmikroskopie bekannten Bildfehler elektronenoptischer Linsen zu korrigieren.

Im Rahmen eines von der Volkswagen-Stiftung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Projektes entwickelten sie einen Korrektor mit einer ähnlich kompensierenden Wirkung wie die Zerstreuungslinse in einem Lichtmikroskop und stellten 1997 den Prototypen eines fehlerkorrigierten Elektronenmikroskops fertig. Wichtigstes Element des Korrektors, den Maximilian Haider auf der Grundlage eines von Harald Rose vorgeschlagenen Konzepts gebaut hat, sind sich überlagernde magnetische, später auch elektrostatische Multipole.

Die mikroskopischen Bilder sind allerdings nicht ohne weiteres direkt deutbar. Sie zeigen die atomaren Strukturen nicht direkt und sind stark beeinflusst durch die Gesetze der Quantenphysik.

Erst aufwändige, von Knut Urban und seinen Kollegen am Forschungszentrum Jülich entwickelte computergestützte quantenphysikalische Verfahren der Bildberechnung und -interpretation ermöglichte den Blick in die atomare Welt.

Der Prototyp des fehlerkorrigierten Elektronenmikroskops wurde zum Stammvater einer neuen Generation von kommerziellen Geräten, die ab 2004 auf den Markt kam. Heute produzieren alle großen Elektronenoptikunternehmen der Welt Mikroskope auf der Basis der neuen Elektronenoptik, die von CEOS geliefert bzw. in Lizenz gefertigt wird.

Die Geräte sind ein Schlüsselinstrument in vielen Gebieten der modernen Wissenschaft und Technik. Die kurze Wellenlänge der Elektronenstrahlen erlaubt Auflösungen, die über zehntausend Mal größer sind als in Lichtmikroskopen.

So ermöglicht es die Elektronenmikroskopie, die Funktion von Materialien und Bauelementen auf atomarer Ebene zu verstehen. Mit ihrer Hilfe gewinnen Forscher grundlegende Erkenntnisse über den Aufbau neuartiger Materialien für bessere Datenspeicher und Prozessoren, die Eigenschaften von Höchstleistungswerkstoffen für Brennstoffzellen, Batterien oder Solarzellen, aber auch über die Funktion biologischer Makromoleküle oder die Identifikation von Viren.

Die BBVA-Stiftung hat ihren Sitz in Bilbao. Seit 2008 vergibt sie in Partnerschaft mit dem Spanischen Forschungsrat (CSIC) den Frontiers of Knowledge Award in acht Kategorien, darunter auch in Biomedizin, Umweltforschung, Sozialwissenschaften und zeitgenössischer Musik. Die Preisgelder belaufen sich insgesamt auf 3,2 Millionen Euro.