Max-Planck-Forscher nutzen Infrarotantenne als "Nano-Lupe"

Technik soll auch in Datenspeichern eingesetzt werden können

In einem kürzlich entwickelten Nahfeldmikroskop haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried erstmals Kristallschwingungen mit nanometrischer Ortsauflösung sichtbar gemacht. Die neue Technik soll kleinste Kristallveränderungen und -verunreinigungen im Bereich von nur einem Hunderttausendstel Millimeter sichtbar machen - was nicht nur für die Material- und Mineralforschung, sondern auch für die Entwicklung von Datenträgern wichtig sein soll.

Artikel veröffentlicht am 11. Juli 2002, 13:38 Uhr, Christian Klaß

Kristalle reflektieren nicht nur Licht in sichtbaren Wellenlängen, sondern teils auch weit außerhalb des sichtbaren Bereichs des Spektrums (400 bis 700 Nanometer). Infrarotlicht soll dabei wie bei einem metallischen Spiegel mit bis zu 100 Prozent reflektiert werden. Das liegt laut Max-Planck-Institut daran, dass die Atome in ihrem Kristallgitter ständig gegeneinander schwingen und deshalb das infrarote Licht nicht in den Kristall eindringen kann.

In der Theorie sei schon lange die Möglichkeit eines resonanzhaften Zusammenspiels dieser Schwingungen mit Infrarotstrahlung vorausgesagt worden, nur wäre es bislang nicht möglich gewesen, dieses wirklich sichtbar zu machen. Der Durchbruch soll jetzt dem Forscherteam Rainer Hillenbrand, Thomas Taubner und Fritz Keilmann in der Abteilung "Molekulare Strukturbiologie" des Max-Planck-Instituts für Biochemie gelungen sein. Laut Institutsangaben konnten die Forscher mit Hilfe von Infrarotlaserstrahlen die Resonanz der Kristallschwingung, die so genannte Phonon-Resonanz, aufzeichnen.

Die Martinsrieder Wissenschaftler beleuchteten einen Siliziumkarbid-Kristall mit Infrarotlicht mit einer Wellenlänge zwischen 8 und 12 Mikrometer (1 Mikrometer = 1.000 Nanometer) und betrachteten ihn dabei in ihrem so genannten "Nahfeldmikroskop". Bereits 1999 hatten sie ein chemisches Mikroskop für die Nanotechnik vorgestellt - damals hatten sie die Technik eines herkömmlichen Rastersondenmikroskops mit Infrarotbeleuchtung ergänzt und dadurch die Auflösung erhöhen können.

Wie bereits vor drei Jahren kombinieren die Wissenschaftler auch in ihrem neuen Mikroskop die Abtastnadel des Rastersondenmikroskops mit den Infrarotstrahlen von Lasern. Die Nadel wirkt für das eingestrahlte Infrarotlicht wie eine Antenne, die das Licht an ihrer Spitze stark bündelt. Die Resonanz der Schwingungen zeigt sich im reflektierten Infrarotlicht, das von einem Detektor aufgefangen wird. Trifft der Laserstrahl die Frequenz der Kristallschwingung, wird die Lichtkonzentration extrem verstärkt. Die neu entwickelte Nahfeldtechnik, gleichsam eine "Nano-Lupe", soll das Licht 300-mal schärfer bündeln als die beste Fokussierlinse. Diese gesteigerte Lichtintensität ermögliche es nun, in Kristallen kleinste Veränderungen bei einer Auflösung von nur einem Hunderttausendstel Millimeter (10 Nanometer) sichtbar zu machen. Im Vergleich soll ein herkömmliches Lichtmikroskop nur Strukturen von bis zu einem Tausendstel Millimeter zeigen können. Das neue Mikroskop könne man deshalb auch als optisches "Nanoskop" bezeichnen, so die Forscher.