Wissenschaftler der Cornell-University (USA) haben es geschafft, einen Elektronenmikroskop-Pixel-Array-Detektor (EMPAD) mit ausgefeilten 3D-Rekonstruktionsalgorithmen aufzubauen, der es ermöglicht, die Auflösung eines hochmodernen Elektronenmikroskops zu vervielfachen.
David Muller, Leiter der Forschungsgruppe an der Cornell University, betont, dass hiermit eine neue Ära der Auflösung beginnt. Nicht nur, dass ein Eintrag ins Guinness Buch der Rekorde geschafft wurde, vielmehr eröffnet diese Methode eine ganze Reihe neuer Messmöglichkeiten für Dinge, die die Forscher schon lange machen wollten. „Wir können jetzt im Grunde auf sehr einfache Weise herausfinden, wo die Atome sind. Auch löst sich hiermit ein langjähriges Problem, das uns in der Vergangenheit daran gehindert hat - die Aufhebung der Mehrfachstreuung des Strahls in der Probe, wie sie von Hans Bethe 1928 dargelegt wurde", so Muller.
Das entscheidende Material für die Entwicklung dieser Methode wurde am IKZ gezüchtet und den Forschern zur Verfügung gestellt. Das kristalline Material Praseodym-Scandium-Oxid (PrScO3) zeichnet sich insbesondere durch einen geringen Abstand zwischen den Praseodym-Atomen aus (lediglich 59 pm), so dass man an diesen "Praseodym-Paaren" die Auflösung gut demonstrieren kann. Anders ausgedrückt bedeutet dass, dass die Auflösung entsprechend besser als 59 pm sein muss, wenn man beide Atome erkennen kann. Zum anderen ist Praseodym ein sehr schweres Atom (140,9 u), was wiederum zu einer besonders guten Auflösung führt, weil schwere Atome im Raum weniger „zittern“. Noch dazu kommt, dass Scandium mit seinem Gewicht in der Mitte liegt (44,9 u) und Sauerstoff sehr leicht ist (15,9 u), so dass man mit diesen drei Atomsorten bereits viele Aussagen über die Brauchbarkeit der Methode für andere Elemente im Periodensystem treffen kann. Weltweit ist das IKZ das einzige Forschungsinstitut, das das verwendete Material mit der entsprechenden Reinheit und Perfektion züchten kann.
Die Forschungsgruppe rund um David Muller veröffentlichte ihre bahnbrechenden Ergebnisse am 20. Mai 2021 in der jüngsten Ausgabe von Science: "Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations".
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