Ulm News, 19.09.2023 10:47

19. September 2023 von Thomas Kießling

Ulmer Supermikroskop SALVE im Rampenlicht

Beschreibung: Das SALVE Mikroskop ist das weltweit einzige Farb- und Öffnungsfehler-korrigierte Niederspannungstransmissionselektronenmikroskop. Im Bild, ein Ausschnitt aus dem Innenleben des vier Meter hohen Geräts.

Fotograf: Heiko Grandel / Uni Ulm

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Eintauchen in die Welt der Atome zweidimensionaler (2D) Materialien: Darum geht es beim SALVE 2D23 Symposium, das vom 25. bis zum 28. September 2023 an der Universität Ulm stattfindet.

Es ist das fünfte Symposium seiner Art, zu dem sich führende Expertinnen und Experten der Transmissionselektronenmikroskopie und Materialforschung wieder aus der ganzen Welt versammeln. Einen Ehrenplatz hat dabei das Ulmer Supermikroskop SALVE. Besonders im Fokus steht bei der viertägigen internationalen Konferenz die Erforschung von sogenannten 2D-Materialien.

„Zweidimensionale Materialien bilden eine neue Materialklasse, die nur aus einer oder ganz wenigen Atomlagen bestehen und deshalb einzigartige Eigenschaften haben. Weltweit werden sie bereits in der Elektronik, der Sensorik und Quantenoptik verwendet“, erklärt Professorin Ute Kaiser von der Universität Ulm. Die Leiterin der Materialwissenschaftlichen Elektronenmikroskopie ist Gastgeberin des Symposiums und gehört zu den weltweit renommiertesten Forschenden auf diesem Gebiet. Ute Kaiser – die während des Symposiums ihren 70. Geburtstag feiert – ist die „Mutter“ des Supermikroskops SALVE und hat maßgeblich zur Entwicklung der Niederspannungsmikroskopie beigetragen. Das SALVE-Mikroskop ist das weltweit einzige Öffnungs- und Farbfehler-korrigierte Niederspannungstransmissionselektronenmikroskop. Dieses vier Meter hohe, tonnenschwere Gerät macht es möglich, einzelne Atome abzubilden, ohne dass diese, wie bei Geräten mit höherer Spannung, herausgeschlagen werden.

„Spannend ist, dass man mit diesem Elektronenmikroskop zweidimensionale Materialien nicht nur analysieren kann, sondern dass sich durch das gezielte Entfernen einzelner Atome im Elektronenmikroskop die Materialeigenschaften gezielt verändern lassen. Noch spannender ist, dass man diese Einzellagen dann unter dem Lichtmikroskop aufeinanderstapeln kann“, so Ute Kaiser. Dadurch lassen sich aus 2D-Materialien völlig neuartige Materialien „bauen“, die ein Volumen haben und deren Eigenschaften sich auf atomarer Ebene kontrollieren lassen. Mit Hilfe von SALVE konnten bereits Materialien wie Graphen, Bornitrid, Molybdändisulfid und viele andere einzeln oder auch „gestapelt“ abgebildet werden.

Die Tagung befasst sich nun sowohl mit den Herausforderungen bei der elektronenmikroskopischen Untersuchung von 2D-Materialien auf atomarer Ebene, der Bildanalyse mit Methoden der künstlichen Intelligenz, der quantenmechanischen Berechnung der Eigenschaften als auch mit konkreten Anwendungen zum Beispiel in Bio-Sensorik und Spintronik. Das Supermikroskop SALVE, mit dessen Hilfe Ulmer Forschende bereits mehrere materialwissenschaftliche Weltrekorde geholt haben, hat bereits in zahlreichen internationalen Forschungsprojekten seine Leistungsfähigkeit bewiesen und bereichert auch die Ulmer Batterie- und Quantenforschung mit einzigartigen Einblicken in die Welt der Atome. Dass die Universität Ulm heute zu den führenden Standorten der materialwissenschaftlichen Elektronenmikroskopie gehört, ist nicht zuletzt auf die erfolgreiche Entwicklung des SALVE-Projektes zurückzuführen, an der die Ulmer Wissenschaftlerin Ute Kaiser als SALVE-Projektleiterin federführend beteiligt war.

Nun werden hier in Ulm zur Tagung Forschende aus der ganzen Welt erwartet, die das Feld im gemeinsamen wissenschaftlichen Austausch voranbringen wollen. „Es ist ein unglaublich aufregendes Forschungsgebiet. Ich bin überzeugt, dass direkt vor uns weitere neuartige Erkenntnisse liegen, die in der Industrie zu revolutionären Einsatzmöglichkeiten führen werden“, sagt die Gastgeberin.

Die Abkürzung steht für „Sub-Ångström Low Voltage Electron microscopy“ und ist ein Akronym für eine Forschungsinitiative der Universität Ulm zur Entwicklung einer besonders materialschonenden Technologie zur atomar auflösenden elektronenmikroskopischen Abbildung, die 2009 begonnen wurde. Das weltweit erste Farb- und Öffnungsfehler-korrigierte Niederspannungstransmissionselektronenmikroskop SALVE liefert atomare Einblicke in die Welt der Materie: Atomare und subatomare Strukturen im Sub-Angström-Bereich können sichtbar gemacht werden (ein Angström entspricht dem 10 Millionsten Teil eines Millimeters).

Das SALVE-Mikroskop wurde in mehrjähriger Entwicklungszeit (2009 bis 2017) von einem interdisziplinären Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Uni Ulm sowie der Firmen CEOS GmbH und ThermoFisher entwickelt und hergestellt. Die DFG und das Land Baden-Württemberg haben dafür insgesamt über zehn Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Geleitet wurde das Großprojekt, an dem auch die Physiker und Professoren Maximilian Haider und Harald Rose maßgeblich beteiligt waren, von der Ulmer Physikerin Ute Kaiser. Das Ulmer Mikroskop wurde 2017 in einem Spezialgebäude auf dem Oberberghof in Betrieb genommen.