Kombination zweier Welten:
Die Quantenelektronenmikroskopie

Heranzoomen bis an die „Pixel der Realität“: Elektronenmikroskope machen’s möglich. Für besonders empfindliche Proben sind sie jedoch ungeeignet. Mit einem quantenoptischen Trick will eine Wiener Forschungsgruppe dieses Problem umgehen und neue Standards in der hochauflösenden Mikroskopie setzen.
 

Vor etwa 100 Jahren lernte die Menschheit, mit Elektronen zu sehen. 1924 postulierte Louis de Broglie, dass Elektronen ‒ so wie auch Lichtteilchen ‒ Welleneigenschaften haben. Die US-Physiker Davisson und Germer lieferten 1927 den experimentellen Nachweis. Wenige Jahre später bauten die Ingenieure Ernst Ruska und Max Knoll das erste Elektronenmikroskop, das leistungsfähiger war als jedes Lichtmikroskop: Da Elektronenwellen von viel kleineren Objekten gebeugt werden als Photonen, war das optische Auflösungslimit von Licht überwunden ‒ eine neue Ära der Mikroskopie brach an.

„Elektronenmikroskopie ist eine verrückte, coole Technik“, schwärmt Philipp Haslinger von der Technischen Universität Wien. „Im Prinzip könnten wir uns damit die Spike-Proteine eines Virus anschauen oder seine DNA – auf Ebene der Atome, der Pixel der Wirklichkeit.“ Der Quantenoptiker nutzt bewusst den Konjunktiv, denn die Sache hat einen Haken: Die Elektronen sind typischerweise so hochenergetisch, dass sie empfindliche Proben zerstören. Das „lebensechte“ Beobachten biologischer Prozesse ist daher mit Elektronenmikroskopen unmöglich.

Eine denkbare Lösung: „Mehr Informationen aus weniger Elektronen gewinnen“, sagt Haslinger. Dafür macht sich sein elfköpfiges Team die Quantenelektronenmikroskopie zunutze, die die klassische Elektronenmikroskopie mit der neueren Welt der Photonen-basierten Quantenoptik kombiniert.
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Der FWF Scilog schreibt über unser neuestes Projekt:

scilog.fwf.ac.at/magazin/sehen-mit-verschraenkten-quantenpaaren, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Text: Ingrid Ladner, Wissenschaftsfonds FWF