Zeitung Heute : Präzise Blicke in die Mikrowelt

Um perfekte Bilder zu erhalten, ist das neue Gebäude für Elektronenmikroskopie vor Störungen geschützt

Paul Janositz

Das weiße, flache Gebäude steht mitten auf einer Wiese, die eckige Fassade ist nur nach Norden leicht gebogen. Gegenüber liegen Villa Bel und Café Campus sowie der Kindergarten. Wer sich dem neuen Elektronenmikroskopie-Gebäude der TU Berlin von der Marchstraße her nähert, könnte es leicht übersehen. Als „starren Schuhkarton“ bezeichnet Physikprofessor Michael Lehmann den eigenartigen Flachbau. Ins Auge fallen verschieden hohe Elemente, die ineinander verschachtelt sind. In der Mitte sind die Elektronenmikroskope untergebracht, hoch entwickelte Vergrößerungsapparate, für die das Gebäude eigens gebaut wurde.

Der Neubau ist bereits im vergangenen Jahr fertig gestellt worden. Anschließend wurden die sensiblen Mikroskope eingebaut, teilweise neu gekauft, teilweise vom alten Standort an der Fasanenstraße herantransportiert. Dort befindet sich die Zentraleinrichtung Elektronenmikroskopie (Zelmi). Sie bietet entsprechende Dienstleistungen für die TU Berlin an; wissenschaftlicher Leiter ist Lehmann, Lehrstuhlinhaber für Experimentalphysik und Elektronen- und Ionen-Nanooptik.

Ingenieur Ralf Zipperling ist als „Tool Owner“ für das Gebäude und dessen Technik zuständig. „Es dauert ein paar Monate, bis alles einwandfrei funktioniert“, sagt er. Jetzt dreht er an einem Ventil, um die Temperatur im Präparationsraum auf die notwendigen 22 Grad Celsius zu regulieren. Eigentlich sollte das automatisch funktionieren, aber das Ventil wurde kürzlich ausgetauscht und muss erst eingestellt werden.

Für Lehmann ist das eine weitere Bestätigung seiner Devise: „Das Gebäude gehört mit zum Experiment.“ Gut, dass Zipperling den Bau vom ersten Tag an begleitet hat und die Technik aus dem Effeff kennt. Stabile Bedingungen im Gebäude sind notwendig, um präzise Messungen vornehmen zu können, die bis in den Nanobereich (Millionstel Millimeter) gehen. Ein solch tiefer Blick ins Innerste der Materie ist mit Licht nicht mehr möglich. Dazu benötigt man schnelle Elektronen, die eine wesentlich kleinere Wellenlänge haben, denn von dieser hängt das Auflösungsvermögen des Mikroskops ab.

Die TU-Elektronenmikroskope können millionenfach vergrößern, sagt Lehmann. Das sei so, als ob ein millimetergroßes Sandkorn plötzlich einen Kilometer groß wäre. Leider würden sich auch Störungen millionenfach verstärken. So könne ein vorbeifahrender Lkw, dessen Vibration man im Gebäude gerade so wahrnehme, „das Mikroskop zum Hüpfen bringen“. Störenfriede sind auch alle Leitungen, die Strom oder Wasser führen, denn sie können elektromagnetische Streufelder aussenden und den Elektronenstrahl durcheinander bringen. Schädlich für die Güte der Messung ist es auch, wenn Temperatur und Luftfeuchtigkeit in den Räumen nicht konstant bleiben.

Das neue Gebäude für Elektronenmikroskopie ist zwar nicht das einzige seiner Art, in Deutschland gibt es auch in Jülich, Erlangen oder Dresden derartige Zentren, allerdings mit nicht so vielen sensiblen Instrumenten. Auf seine Weise ist das TU-Gebäude dann doch einzigartig. Es liegt mitten in der City und nicht wie etwa das Dresdner „Triebenberg-Labor“ in intakter Natur fernab von elektromagnetischen Störungen.

Der Berliner Campus dagegen vibriert im Rhythmus der Großstadt. Doch wie sind die Störungen der Stadt in den Griff zu kriegen? Die Lösung war, fernab des 6-Kilovolt-Starkstromkabels, das den TU-Campus durchzieht, zu bauen und zwei Häuser ineinander zu schachteln.

Die Instrumente samt Versorgungstechnik kamen ins Kernhaus, das zum Schutz gegen Vibrationen auf einer dicken Betonplatte steht. Diese ruht auf 122 Betonpfählen, die zehn Meter tief im Boden stecken. Ein zweites Haus, in dem sich Seminar- und Lagerraum, Präparationslabor und Klimaanlage befinden, umschließt das Kerngebäude und schützt es gegen Sonnenstrahlung und Geräusche.

Um ins Innere zu gelangen, muss man durch eine Luftschleuse und mit den Schuhen in Plastiküberzüge schlüpfen. Innen ist es still. Die Räume sind nicht rechteckig, sondern – so Lehmann – „tortenförmig, damit sich der Schall totläuft“. Zudem absorbieren die Wände den Schall, sonst würden sich selbst die geringen Geräusche, die die Instrumente machen, aufschaukeln und die Versuchssäulen erschüttern, so dass die Aufnahmen verwackelt wären.

Das würde den Forschern des Exzellenzclusters „Unicat“ nicht passen. Sie erforschen in einem der Messräume mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM), was sich während des katalytischen Prozesses abspielt. Auch die Wissenschaftler des DFG-Sonderforschungsbereichs „Halbleiter Nanophotonik: Materialien, Modelle, Bauelemente“ sind Kunden „bei Lehmann“. Sie lassen die atomare Struktur von selbst konstruierten Bauelementen messen, mit denen Laserlicht erzeugt und verstärkt werden kann.

Dass man mit Elektronenmikroskopen nicht nur abbilden, sondern auch bearbeiten kann, demonstriert Dirk Berger, technischer Leiter des Zelmi. Sein Apparat, Focus Ionbeam (FIB), sei quasi eine Werkbank, mit der man im Nanomaßstab bohren oder fräsen könne.

Ein paar Türen weiter steht Lehmanns ganzer Stolz, das Transmissions-Elektronenmikroskop „Titan 80-300“, das speziell für die Elektronenholografie-Forschung ausgelegt ist. In dem fast drei Meter hohen Apparat werden die Elektronen auf 78 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, das sind rund 230 000 Kilometer pro Sekunde.

Dass mit der Weiterentwicklung der Elektronenholografie gerade Forscher der TU in neue Dimensionen vorstoßen, knüpft an die Tradition an. Schließlich wurden die Grundlagen der Elektronenmikroskopie von Ernst Ruska 1931 an der damaligen TH Berlin gelegt. Dafür erhielt er 1986, kurz vor seinem 80. Geburtstag, den Nobelpreis für Physik.

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