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Laser-Laboratorium Göttingen entwickelt Alternative zu Großanlagen

Kleine Röntgenmikroskope fürs Labor Laser-Laboratorium Göttingen entwickelt Alternative zu Großanlagen

Kompakte Röntgenmikroskope, die sich auch kleine Labore leisten können, will die Abteilung Optik – Kurze Wellenlängen des Laser-Laboratoriums Göttingen (LLG) entwickeln. „Bisher wird die benötigte Röntgenstrahlung mit kilometergroßen Anlagen, sogenannten Synchrotronen, erzeugt“, berichtet LLG-Abteilungsleiter Dr. Klaus Mann (60).

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Wollen kompakte Röntgenmikroskope, die sich auch kleine Labore leisten können, entwickeln: Matthias Müller (l.) und Dr. Klaus Mann.

Quelle: Heller

Göttingen. Aufgrund der hohen Kosten bekommen Wissenschaftler an solchen Großforschungseinrichtungen für ihre Experimente nur kurze Nutzungszeiten eingeräumt. Die Geräte der Göttinger machten die Arbeit am Synchrotron nicht überflüssig, aber einige Experimente ließen sich dann bereits im Labor durchführen.

Bei dem Verfahren, das die Göttinger entwickeln, wird Laserlicht auf einen Gasstrahl fokussiert. „Es entsteht ein hochangeregtes Plasma, das die gewünschte kurzwellige Strahlung im Spektralbereich von ein bis 20 Nanometern (milliardstel Meter) aussendet. Diese weiche Röntgenstrahlung wird im Unterschied zur harten, die in der Medizin genutzt wird, von Luft absorbiert.

„Mikroskopiert werden kann daher nur im Vakuum, was die Untersuchung lebender Zellen in der Regel ausschließt“, erläutert Doktorand Matthias Müller (28). Der LLG-Mitarbeiter, dessen Projekt in den Sonderforschungsbereich 755, „Nanoscale Photonic Imaging“, des Göttinger Physikprofessors Tim Salditt eingebettet ist, entwickelt derzeit ein solches Mikroskop.

Müllers Gerät erreicht bereits Auflösungen von weniger als 50 Nanometer. Dies entspricht annähernd der Leistung eines STED-Mikroskops, für dessen Entwicklung der Göttinger Physiker Stefan Hell den Chemie-Nobelpreis erhielt. Mit ihm lassen sich auch lebende Zellen untersuchen.

„Wir arbeiten daran, beide Verfahren in einem Gerät zusammenzuführen“, sagt LLG-Direktor Alexander Egner (44), der auch die Abteilung Optische Nanoskopie des Laboratoriums leitet.

„Die Zusammenführung ist auch deshalb interessant, weil sich die Proben mittels der Röntgenstrahlung zusätzlich spektroskopisch analysieren lassen“, fügt Mann hinzu. So ließen sich zum Beispiel Anreicherungen von Elementen in bestimmten Bereichen von biologischem Gewebe oder Zellen darstellen.

Die Göttinger nutzen ihre kompakten Röntgenquellen auch für die Charakterisierung von Optiken und Sensoren, die in der Halbleiterindustrie zum Einsatz kommen. Dort geht der Trend zu immer leistungsfähigeren Chips, die auf kleineren Flächen immer mehr Strukturen enthalten. Bisher fertigt die Industrie solche Strukuren mit Excimer-Lasern bei der Wellenlänge von 193 Nanometern.

In den nächsten Jahren steht ein Wechsel zu Strahlquellen an, die extrem ultraviolette Strahlung von nur noch 13,5 Nanometern abgeben. „Für Messtechnik in diesem Bereich sind unsere kompakten Laborquellen ideal“, erklärt Mann.

Von Michael Caspar

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