Software identifiziert neuartige Kristallstrukturen

16.05.2011: Eine neue von Max-Planck-Innovation lizenzierte Software mit dem Namen QED (Quantitative Electron Diffraction) wurde jetzt von dem japanischen Unternehmen HREM Research Inc., das Produkte und Dienstleistungen für die hochauflösende Elektronenmikroskopie entwickelt, auf den Markt gebracht. Mit Hilfe von QED können Transmissionselektronenmikroskope neuartige Formen von Daten erfassen, die neue Möglichkeiten in der Elektronenkristallographie eröffnen.

Transmissionselektronenmikroskope liefern vergrößerte Bilder von Proben und können im Gegensatz zu Lichtmikroskopen sogar einzelne Atome sichtbar machen. Wenn ein Elektronenstrahl durch eine kristalline Probe, etwa ein komplexes Mineral oder ein kristallisiertes Protein, geschickt wird, werden die Elektronen auf spezifische Art und Weise gebeugt. Erfasst man mehrere solcher Beugungsmuster einer Probe aus unterschiedlichen Richtungen, lässt sich eine bestimmte Kristallstruktur eindeutig identifizieren.

Die neue QED-Software ermöglicht es nun, fast jedes Transmissionselektronenmikroskop so zu steuern, dass automatisch so genannte LARBED-Muster (Large-Angle Rocking-Beam Electron Diffraction) erfasst werden. LARBED-Muster bestehen aus einer Reihe von Beugungsmustern, die für eine Vielzahl von Auftreffrichtungen des Elektronenstrahls erfasst werden. Solche LARBED-Muster bieten - auch wenn sie nur für eine einzige Orientierung des kristallinen Präparats erfasst werden - dreidimensionale Informationen, aus denen Wissenschaftler noch besser Hinweise über die Struktur kristalliner Materialien für verschiedene Anwendungsgebiete, wie Materialwissenschaften, Geologie oder Biowissenschaften, ableiten können.

LARBED ist ein von Christoph Koch am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (früher Max-Planck-Institut für Metallforschung) in Stuttgart entwickeltes patentiertes Verfahren. Mit LARBED lassen sich die Schwierigkeiten bewältigen, die durch die Vielfachstreuung von Elektronen beim Passieren einer Probe verursacht werden. Beim Einsatz anderer auf Elektronenbeugung basierender Methoden kann wegen der dynamischen Streuung beispielsweise die Intensität des gebeugten Strahls schwer analysiert werden. Dadurch gehen wertvolle Informationen über die Probe verloren.

Die neue Software zur automatischen Erfassung von LARBED-Mustern steuert den Neigungswinkel und die Position eines parallel gerichteten Elektronenstrahls. Die QED-Software kompensiert die Strahlenverschiebung durch das Beleuchtungssystem des Mikroskops. So lassen sich die Eigenschaften von Proben in Nanometergröße erfassen. Die LARBED-Daten enthalten eine enorme Menge an Informationen über das untersuchte Präparat, unter anderem über die Probendicke, die absoluten Werte von Strukturfaktoren, die Kristallsymmetrie selbst von sehr dünnen (<10 nm) Proben sowie zur Oberflächenorientierung der Präparate.