Andrè Lampe ist hier sogar noch neuer als ich und hat gerade erklärt, was ein Mikroskop ist und was es da überhaupt für verschiedene Lichtmikroskope gibt. http://scienceblogs.de/diekleinendinge/2015/03/09/was-ist-ueberhaupt-ein-mikroskop/ Bei der Lektüre seines Artikels gingen mir ständig zwei Sachen durch den Kopf: 1.) Hey, toll, wenn man das so formuliert, dann mache ich auch Mikroskopie. 2.) Verdammt, ist das alles groß hier.

Ich habe ja schon öfter mal geschrieben, dass ich Neutronen nutze, um tief in Materialien hineinzugucken. Dabei sind die Sachen, die ich mir so angucke, aber sehr, sehr, sehr viel kleiner als diejenigen, die man so unter ein Mikroskop legt. Meine Proben machen Dickenwitze über Andrès Proben: “Hey Zelle, deine Mutter ist sooo fett, die geht beim Doppelspalt nur durch einen der Schlitze”.

Während man mit Lichtmikroskopie eine Auflösung von ca. 200 nm hinbekommt, gucke ich mir ständig Dinge an, die ca. 0,1 nm groß sind. Das ist wie der Vergleich zwischen dem Kölner Dom und einem Tennisball. Das liegt natürlich an der Wellenlänge, die wir benutzen. Während sichtbares Licht eben mehrere hundert Nanometer lang ist, liegen meine Röntgen und Neutronen im Bereich von Angström.

Leider kann ich mir aber nun auf diese Weise kein einzelnes Atom angucken, denn selbst die besten und größten Röntgen- oder Neutronenquellen sind nicht stark genug um so viel Intensität zu erzeugen, dass die Streuung von einem einzelnen Atom für ein Signal auf einem Detektor ausreichen würde. Daher können wir uns nur Kristalle anschauen, also Materialien, die eine periodische Struktur haben. Denn wenn viele Atome sich immer wieder im gleichen Abstand widerholen (wie z.B. die Natrium-Atome in einem NaCl-Kristall oder die Silizium-Atome auf einem Si-Wafer), dann addieren sich die reflektierten Wellen und liefern so genug Intensität, dass ich sie mit meinem Detektor “sehen” kann.

rock2Ein einzelnes Atom sieht bei mir z.B. so aus (die Kurve da rechts). Je nachdem, wie weit die Atome voneinander weg sind, addieren sich die Röntgen- oder Neutronenteilchen bei einem anderen Winkel (daher ist die X-Achse mit “Winkel” beschriftet), aus dem man dann Rückschlüsse auf den Aufenthaltsort ziehen kann.

Um Röntgen zu produzieren, reicht ein kleines Tischgerät in der Größe eines Koffers aus, aber für Neutronen braucht man leider Kernprozesse und damit halt einen Forschungsreaktor oder eine Spallationsquelle. Darüber hinaus ist nicht nur die Quelle der Strahlung ziemlich groß, sondern auch der Detektor (also das Okular, wenn man so will) sieht eher so aus.

MINOLTA DIGITAL CAMERA

Jülich Instument IN 12 am ILL – Grenoble, Frankreich

Wenn man nun Strukturen beobachten will, die sich nicht unendlich oft (wie ein NaCl-Kristall) wiederholen, sondern wie eine Aminosäure, ein Protein oder ein DNS-Strang eine überschaubare Größe und Periodizität haben, dann benötigt man noch mehr Intensität, damit die wenigen addierten, reflektierten Teilchen noch nachgewiesen werden können. Das ist die aktuelle Tendenz bei Synchrotron- und Neutronenquellen (immer größer) und wir hoffen, in nicht allzuferner Zukunft so viel Intensität produzieren zu können, dass wir die Reflektion an einem einzelnen Molekül sehen können.

Kommentare (3)

  1. #1 JW
    13. März 2015

    Wie viele Nanosekunden habe ich dann noch, bis die Probe zerstört ist? Der Detektor muss ja dann unglaublich schnell sein.

  2. #2 Tobias Cronert
    13. März 2015

    Meine standart langweiligen Li-Szintillatoren arbeiten bei mehreren hunder Hz, aber die müssen auch nicht schneller sein, da die Intensität nicht höher ist.
    Die Synchrotrondetektoren arbeiten im 100 Pikosekunden Bereich, aber aktuell ist die Absicht in den Femtosekunden-Bereich vorzustoßen. Die müssen auch so schnell sein, da Photonen dieser intensität die Probe quasi instantan zerstören. Das wäre bei Neutronen mit vergleichbarer Intensität nicht der Fall, die wäre wesentlich schonender, würde aber stark von der Probe anhängen.

  3. #3 André Lampe
    15. März 2015

    Ein schöner Artikel!
    Erst als ich deinen Text gelesen habe, ist mir aufgefallen das bei der ursprünglichen Definition von “Mikroskop” auch überhaupt nichts von einem bildgebenden Verfahren steht… das muss ich mal aufgreifen 😉