Nanometer in 3-D
Forschende des Paul Scherrer Instituts und der ETH Zürich haben 3-D-Bilder winziger Objekte erzeugt und konnten dabei sogar 25 Nanometer grosse Details (1 Nanometer = 1 Millionstel eines Millimeters) sichtbar machen. Dabei haben sie nicht nur die Form der Untersuchungsgegenstände bestimmen können, sondern auch gezeigt, wie ein bestimmtes chemisches Element (Kobalt) darin verteilt ist und ob es in einer chemischen Verbindung oder in Reinform vorliegt.
Die Untersuchungen wurden an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts mit dem Verfahren der Phasentomografie durchgeführt. Wie bei anderen tomografischen Verfahren wird auch hier das untersuchte Objekt von verschiedenen Seiten mit Röntgenlicht durchleuchtet, sodass man Abbildungen aus verschiedenen Perspektiven erhält. Diese Abbildungen werden mithilfe eines Computerprogramms zu einem 3-D-Bild zusammengefügt.
Die Forschenden haben die Methode an einem Objekt vorgeführt, das die Form eines Fussballs (in Englisch als buckyball
bezeichnet) mit einem Durchmesser von nur 6 Tausendsteln eines Millimeters hatte. Da die Forschenden in verschiedenen Messungen Licht mit unterschiedlicher Energie (Farbe
) verwendet haben, konnten sie bestimmen, wie Kobaltatome in dem Objekt verteilt waren und zusätzliche Informationen über die Umgebung der Atome gewinnen. Dabei nutzten sie aus, dass die Art, wie verschiedene chemische Elemente mit Röntgenlicht wechselwirken, von der Energie des Lichts abhängt. So wird es möglich, die Verteilung chemischer Elemente zu sehen, wenn man Bilder vergleicht, die mit Licht unterschiedlicher Energie aufgenommen wurden.
Verschiedene Elemente und ihre Verbindungen in Grössenbereichen von Nanometern in drei Dimensionen sichtbar machen zu können, ist von grosser Bedeutung für unterschiedliche Entwicklungen in der Industrie – etwa für neue elektronische und magnetische Bauteile oder effiziente Katalysatoren für die chemische Industrie.
Text: Paul Scherrer Institut/Paul Piwnicki
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