Die meisten physikalischen Eigenschaften der Materie, die uns umgibt, ergeben sich aus den Elektronenzuständen („Orbitalen, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster“) und deren Wechselwirkungen. Doch trotz ihrer enormen Bedeutung ist es erstaunlich schwer, diese Orbitale abzubilden oder direkt zu vermessen. Zum einen liegt das an der Quantenmechanik, zum anderen an der Tatsache, dass die Orbitale Strukturen aufweisen, die kleiner als Atome sind.

Ein Forschungsschwerpunkt von USTEM liegt in der Entwicklung von Mess- und Abbildungsmethoden, um diese „subatomaren“ Strukturen sichtbar zu machen. Erste experimentelle proof-of-concept Ergebnisse wurden dabei bereits in Ultramicroscopy, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster und in Physical Review Letters, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster veröffentlicht.

Die direkte Vermessung von Orbitalen verspricht neben fundamentalen Erkenntnissen über den Aufbau der Materie auch neue Ansätze für die Materialcharakterisierung und das Design von Werkstoffen. Damit kann es helfen, große Herausforderungen wie die Entwicklung effizienter Energiespeicher und effizienter chemischer Reaktionen zu meistern.