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Elektronenmikroskopie: Bewegte Bilder aus der Nanowelt

Eine neue Abbildungstechnik erweitert das Elektronenmikroskop um die vierte Dimension: Ultrakurze Elektronenpulse liefern Serien von Schnappschüssen eines Untersuchungsobjekts – und gewähren bisher ungeahnte Einblicke in extrem schnelle Abläufe im Nanoreich. Erstmals lassen sich so auch Vorgänge im Inneren einer Zelle filmen.
Nanowelt
Die Welt ist mehr, als wir mit bloßem Auge sehen. Objekte, die viel dünner sind als ein Haar (ein Bruchteil eines Millimeters), können wir nicht erkennen. Und Bilder, die schneller als ein Wimpernschlag (etwa eine Zehntelsekunde) aufeinander folgen, vermögen wir nicht voneinander zu unterscheiden. Große Fortschritte in Optik und Mikroskopie im vergangenen Jahrhundert haben unsere Wahrnehmungsgrenzen zwar erheblich ausgedehnt und zuvor Verborgenes sichtbar gemacht. Man denke etwa an die mikroskopische Abbildung eines Virus oder die stroboskopisch erzeugte Fotografie einer Gewehrkugel in jener Millisekunde, in der sie eine Glühbirne durchschlägt. Trotzdem konnte man noch bis vor Kurzem bei Videos, auf denen bewegte Atome zu sehen sind, sicher sein, dass es sich entweder um einen Trickfilm oder eine Computersimulation handelt.

Das hat sich grundlegend geändert. Neue Techniken ermöglichen uns nun Einblicke in die Nanowelt, die noch vor Kurzem niemand für möglich gehalten hätte. ...

© mit freundlicher Genehmigung von Ahmed Zewail
Von einem Laser zum Schwingen angeregt
Von einem Laser zum Schwingen angeregt
Ein 50 Nanometer langer Kragbalken aus einer Nickel-Titan-Legierung oszi­lliert nach der Anregung durch einen Laserblitz. Der Film besteht aus Einzelbildern, die in Abständen von zehn Nanosekunden aufgenommen wurden. Die Schwingungsdaten geben Aufschluss über Materialeigenschaften, deren Kenntnis wichtig für die Konstruktion nanomechanischer Geräte ist.


© mit freundlicher Genehmigung von Ahmed Zewail
"Trommelfell" auf der Nanoskala
Schwingendes Nano-"Trommelfell"
Graphit-Nanokristalle schwingen nach dem Auftreffen eines Laserpulses wie ein Trommelfell. Das zeigen Filmaufnahmen, deren Einzelbilder einen Bereich von 24 Mikrometer Breite in Abständen von 50 Nanosekunden wieder­geben. Hier ist nur jedes fünfte Bild dargestellt. Leichte Aufwölbungen der Graphitoberfläche erscheinen als dunkle Streifen, die sich bewegen, wenn die Oberfläche vibriert.

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