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Nr. 52

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Glossar

Universitätsdruckerei

Atome auf Tuchfühlung

Neugier macht erfinderisch. Ein Kieler Physiker hat deshalb ein Mikroskop ent­wickelt, das die Grenzen herkömmlicher Optik überwindet.

Guillaume Schull ist erst 28 und trägt doch schon seit zwei Jahren den Doktortitel. Nicht ohne Grund, findet Professor Richard Berndt, an dessen Lehrstuhl für Oberflächenphysik der Franzose seit einem Jahr beschäftigt ist. »Er vereint das leidenschaftliche wissenschaftliche Interesse an der Quantenmechanik mit der Freude an der Konstruktion von Geräten«, stellt Berndt heraus, das sei selten.

Beide Talente konnte Schull hervorragend einsetzen bei seinem Projekt, dessen Ergebnisse jüngst in den hoch angesehenen ›Physical Review Letters‹ veröffentlicht wurden. Am Ende gelang ihm, was die Fachwelt bisher für fast unmöglich gehalten hatte: Er verbesserte das Auflösungsvermögen optischer Messungen entscheidend.

In Anlehnung an eine 1873 von dem großen deutschen Physiker, Optiker, Unternehmer und Sozialreformer Ernst Abbe aufgestellte Theorie galt bisher, dass Lichtmikroskope Objekte nur dann auflösen können, wenn sie mindestens einige hundert Nanometer, also mehrere Zehntausendstel Millimeter, voneinander entfernt sind. Ist der Abstand geringer, verschwimmen die beiden Punkte zu einem und verbergen sich damit in wesentlichen Bereichen dem Blick des Wissenschaftlers.

Diese Theorie gilt zwar trotz Schulls Entwicklung immer noch, doch ist es dem Wissenschaftler gelungen, sie gewissermaßen zu überlisten. In Experimenten wies er nach, dass eine Auflösung sogar bei einem Abstand von weniger als zehn Nanometern möglich ist. Berücksichtigt man, dass ein Nanometer etwa 70.000 mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares ist, lässt sich Professor Berndts Freude über die Resultate nachvollziehen: »Das ist dicht am Limit dessen, was überhaupt möglich ist.«

Nötig dafür waren eine etwa einjährige Bauzeit und extreme äußere Bedingungen. Schulls Experiment vollzieht sich im Ultrahochvakuum, wie es sonst nur im Weltall herrscht, und bei einer unwesentlich vom absoluten Nullpunkt entfernten Temperatur von sechs Kelvin (etwa minus 267 Grad). Vor allem aber brauchte es zum Erfolg ein hoch leistungsfähiges Rastertunnelmikroskop, an dessen Spitze über eine äußerst feine Nadel Elektronen gezielt auf die jeweilige Probe gelenkt werden. Ist dies gegeben, bedarf es zudem immer noch einiger Erfahrung und höchsten Fingerspitzengefühls, um die Apparaturen angemessen zu bedienen.

All das hat Guillaume Schull in seinem Experiment zwar zweifelsohne bewiesen, doch versichert er, dass der erfolgreiche Verlauf beileibe nicht allein seinen persönlichen Künsten zu verdanken sei. »Hier in Kiel steht mir eine Ausstattung auf Spitzenniveau zur Verfügung und mit Professor Berndt ein Fachmann, wie es ihn auf der Welt sonst kaum gibt«, betont der aus dem französischen Straßburg stammende Nachwuchsforscher.

Die Folgen dieser aus derart idealem Umfeld hervorgegangenen Neuerung dürften nicht auf Kiel beschränkt bleiben, denn Schulls Mikroskop ermöglicht bisher ungekannte Einblicke in feinste Strukturen von Molekülen und Atomen. Der besondere Charme dabei: Es funktioniert genau in den Fällen, in denen ebenfalls hochauflösende Elektronenmikroskope mit ihren extrem energie­geladenen Teilchen gerade das zerstören, was sichtbar gemacht werden soll.

Wertvolle Erkenntnisse kann das neue Lichtmikroskop künftig etwa den Forschern des Sonderforschungsbereichs "Funktion durch Schalten" liefern, die sich mit dem Bau molekularer Maschinen beschäftigen. Ebenso nützlich ist die Technik aber auch, wenn es darum geht, organische Materialien für die Speicher- und Elektrotechnik zu nutzen. Denn klar ist: Der Trend zu immer kleineren Einheiten bei Chips und Co. stößt früher oder später an technische und vor allem finanzielle Grenzen. Die Suche nach neuen Konzepten, mit denen sich diese Grenzen überwinden lassen, treibt Physiker wie Guillaume Schull und Richard Berndt weiter an.

Martin Geist

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