Mikroskoparten im Überblick

Das Lichtmikroskop - eine der bekanntesten Mikroskoparten

• Menschen hat es schon immer gereizt, Dinge zu betrachten und zu erkunden, die sie mit bloßem Auge nicht deutlich erkennen. Das erste Hilfsmittel waren hier Lupen, die mithilfe einer weiteren Linse in ein Mikroskop verwandelt werden konnten.
• So besteht auch heute noch das einfachste Lichtmikroskop aus einem Objektiv, das den zu betrachtenden Gegenstand vergrößert abbildet, und einem Okular, mit dem Sie dieses vergrößerte Bild wiederum vergrößert anschauen können. Die Vergrößerung ergibt sich als Multiplikation der beiden Vergrößerungen dieser Linsen.
• Allerdings haben Lichtmikroskope nur ein begrenztes Auflösevermögen. Mit anderen Worten: Sie können damit nicht beliebig kleine Gegenstände betrachten. Eine untere Grenze ergibt sich aus der Wellenlänge des benutzten Lichtes, die einige hundert Nanometer beträgt. Einzelheiten, die kleiner sind als die halbe Wellenlänge, "verschwimmen" in der sogenannten optischen Lichtbeugung.
• Forschungsgebiet sind hier Mikroskope, die mit sogenannten Superlinsen, die aus Metamaterialien mit negativer Brechung bestehen, arbeiten und diese prinzipielle Auflösungsgrenze umgehen.

Das Elektronenmikroskop arbeitet mit geladenen Teilchen

• In der Mikrowelt gilt der Teilchen-Welle-Dualismus. Dies bedeutet, dass Teilchen gleichzeitig als Wellenphänomen auftreten. Dieser Sachverhalt trifft auch auf Elektronen, die Elementarteilchen der elektrischen Ladung, zu.


Atom sichtbar machen - so funktioniert das Rastertunnelmikroskop

Kann man einzelne Atome wirklich sichtbar machen? Prinzipiell ist das mit einem …

• Das Elektronenmikroskop als eine der weiteren Mikroskoparten arbeitet mit diesen geladenen Teilchen, die in elektrischen Feldern beschleunigt und fokussiert werden.
• Da die Wellenlänge der Elektronen umgekehrt proportional zu ihrer Energie ist, lässt sich durch Energieerhöhung das Auflösevermögen gegenüber Lichtmikroskopen drastisch verkleinern. Eine Grenze ergibt sich nur durch die verfügbaren Beschleunigungsspannungen sowie die geometrischen Abmessungen. Jedoch sind Auflösungen möglich, die Mikroskoparten mit Licht um viele Größenordnungen übertreffen.

Atome "sehen" mit dem Rastertunnelmikroskop

• Schon immer war es der Wunschtraum des Menschen, einzelne Atome sichtbar zu machen. Dies gelangt mit dem von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer Anfang der 1980er Jahre entwickelten Rastertunnelmikroskop. Mit dem komplexen Gerät gelingt es, elektrisch leitende Oberflächen bis auf Atomgröße zu untersuchen. Die beiden Forscher wurden für ihre Arbeiten im Jahr 1986 mit dem Nobelpreis für Physik geehrt.
• Dieser Mikroskoptyp basiert auf dem quantenphysikalischen Tunneleffekt. Es wird eine extrem feine Spitze in einer nanometergroßen Entfernung über die Oberfläche der Probe geführt.  Normalerweise ist der evakuierte Raum zwischen dieser Spitze und der Oberfläche für Elektronen nicht zu überwinden. Der Tunneleffekt erlaubt es jedoch einigen wenigen Teilchen, hinüber zu tunneln. Dabei entsteht ein Tunnelstrom, der von der Oberflächenstruktur abhängt.
• Bei der Bearbeitung entsteht dann eine Art Berg- und Tallandschaft, die die elektrische Struktur der Oberfläche widerspiegelt. Atome erscheinen hierbei als winzige Hügelchen.
• Dieses fantastische Werkzeug in der atomaren Welt konnte 1986 sogar noch erweitert werden. Das Rasterkraftmikroskop arbeitet mit einem extrem kleinen, auslenkbaren Federbalken, der auf winzige atomare Kräfte reagiert. Mit ihm lassen sich unter anderem Bindungsverhältnisse auf Oberflächen untersuchen. 

Selbstredend dienen - außer einfachen Lichtmikroskopen, die Sie für den Hobby- und Ausbildungsbereich kaufen können - die anderen genannten Mikroskoparten der wissenschaftlichen Forschung. Schon ein Elektronenmikroskop können Sie, neben dem Preis, durch die Strahlenbelastung nicht einfach zu Hause hinstellen.