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Das Mikroskop, das Magnetismus sichtbar macht

12.02.2019

FH Münster/PT

Dieses Mikroskop hat Andreas Schümmer in seiner Doktorarbeit entwickelt und gebaut.

Kobalt-, Eisen- und Nickellegierungen sehen für den normalen Betrachter komplett gleich aus. Auch unter einem Mikroskop, wie man es noch aus dem Bio-Unterricht in der Schule kennt. Aber es geht auch anders. Zum Beispiel mit einem Mikroskop, das mit Röntgenstrahlung arbeitet: Forscher können mit ihm 1000 Mal kleinere Strukturen betrachten und auch Materialien voneinander unterscheiden. „Sehen ist verstehen“, sagt Andreas Schümmer, Doktorand am Fachbereich Physikalische Technik der FH Münster. Und deshalb hat er ein solches Mikroskop entwickelt. Das noch eine weitere tolle Eigenschaft hat: Es macht Magnetismus sichtbar.

Dafür macht es sich eine Besonderheit der Reflexion von Röntgenstrahlung an magnetischen Materialien zunutze. „Ich erforsche Nanomaterialien für die Datenspeicherung. Computer müssen Daten, also die Bits, auf ihren Festplatten lesen, und die sind magnetisch gespeichert. Mit dem neuen Mikroskop kann man ganz genau herausfinden, woraus und wie eine Probe aufgebaut ist und welche Elemente wirklich den Magnetismus und die magnetischen Eigenschaften bewirken.“

Dreieinhalb Jahre hat Schümmer bereits an diesem Projekt getüftelt. Nun funktioniert das neue Mikroskop, das in Dortmund beim Elektronenbeschleuniger DELTA steht. Ein Elektronenbeschleuniger heißt auch Synchrotron, weil nur er eine besondere Strahlung produzieren kann, die Schümmer für die Probenanalyse im Mikroskop braucht: die Synchrotronstrahlung. Das ist eine sehr intensive Strahlung, noch stärker als die Strahlung der Sonne – sie geht über den UV- und Röntgenbereich hinaus. Das Synchrotron gleicht somit einer universellen, überdimensionalen Lampe. „Genau diese Strahlung richtet das Mikroskop gebündelt auf einen kleinen Fleck – in unserem Fall die Probe im Mikroskop“, erklärt Schümmer.

Das Mikroskop steht in einer Vakuumkammer. Es selbst ist eher klein: Etwas größer als ein Schuhkarton, innendrin sind viele winzige Bauteile verarbeitet. „Das wichtigste Bauteil ist die Optik, die ist gerade mal 0,23 Millimeter groß. Wir haben sie in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich im Reinraum gefertigt, und sie bündelt die Strahlung auf die Probe in einem Brennpunkt, der fünfmal kleiner als ein Haardurchmesser ist“, berichtet Schümmer. Diese Größe kann das menschliche Auge kaum noch wahrnehmen – es ist eine verzwickte Arbeit, das Gerät zusammenzubauen, die viel Geduld und Fingerspitzengefühl erfordert.

Auf dem Steinfurter Campus der FH Münster hat Schümmer die einzelnen Bauteile fertigen lassen, die genaue Struktur des Mikroskops entworfen und zusammen mit einem Bachelorabsolventen die dazugehörige Software geschrieben. Es bietet verschiedene Mechanismen wie Nano-Motoren, mit denen sich die Probe einstellen und positionieren lässt. „Von solcherlei Röntgenmikroskopen gibt es weltweit vielleicht eine Handvoll“, schätzt Schümmer. Gerade schreibt er an seiner Dissertation und führt interessierte Studierende durch das Synchrotron DELTA.

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