Hat Ernst Abbe sich geirrt?

22.03.2010: Selbst das beste Mikroskop hat seine Auflösungsgrenze. Diese fundamentale Erkenntnis von Ernst Abbe hat seit 100 Jahren in der Optik Bestand. Demnach ist die maximale Auflösung eines Mikroskops durch die Wellenlänge des verwendeten Lichtes begrenzt. „Für ein gewöhnliches Lichtmikroskop heißt das, das beobachtete Objekt muss mindestens eine Größe von einigen Hundert Nanometern haben, um eindeutig erkennbar zu sein“, macht Prof. Dr. Thomas Pertsch von der Friedrich-Schiller-Universität Jena deutlich. Das sei zwar für den Laien schon ziemlich klein. Doch für Optikexperten wie den Professor für Angewandte Physik und Nanooptik „keineswegs als Limit akzeptabel“.

Um nichts weniger als an Ernst Abbes Erkenntnis zu rütteln und die optischen Technologien zu revolutionieren, hat sich an der Jenaer Universität der Forschungsverbund „PhoNa“ zusammengeschlossen. Im Rahmen der Initiative „Spitzenforschung und Innovation in den Neuen Ländern“ fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung „PhoNa“ in den kommenden fünf Jahren mit insgesamt zehn Millionen Euro. Das Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur steuert innerhalb des ProExzellenzprogramms weitere fünf Millionen Euro bei. Am 24. und 25. März nimmt das Konsortium mit einem internationalen Workshop seine Arbeit auf.

„Der Workshop bringt Experten aus den Bereichen der Nanooptik, Nanochemie, Nanotechnologie und Optiktheorie zusammen, um über die Perspektiven neuartiger photonischer Materialien zu diskutieren“, kündigt „PhoNa“-Sprecher Prof. Pertsch an. Ziel von „PhoNa“ sei es, Materialien mit völlig neuen optischen Eigenschaften zu erschaffen. Dazu setzen die Forscher gezielt die Gesetze außer Kraft, nach denen die Natur normalerweise die Strukturen der Materie schafft. „Mittels Elektronenstrahllithographie lassen sich beispielsweise Goldteilchen in geometrische Anordnungen strukturieren, die in der Natur nicht vorkommen würden“, erläutert Prof. Pertsch. Die so erreichte hoch-symmetrische Anordnung von Goldteilchen ermöglicht eine viel stärkere Wechselwirkung mit Licht für diese nano-strukturierten Materialien. Mit derartigen nano-strukturierten optischen Materialien wollen die Jenaer Physiker nicht nur den Weg zu neuen hochauflösenden Mikroskopen ebnen, für die Abbes Auflösungslimit keine Geltung mehr hat. Auch in der Mikroelektronik, der Dünnschicht-Photovoltaik oder der bioanalytischen Sensorik ergeben sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.

Neben Instituten der Jenaer Universität sind auch außeruniversitäre Forschungseinrichtungen wie das Institut für Photonische Technologien e. V. (IPHT) und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) sowie Industriepartner aus der Region (Jenoptik AG, Carl Zeiss AG) in „PhoNa“ zusammengeschlossen.