Der Blick wird immer genauer

Forschen auf der Nano-Ebene: Dr. Höscher (links) und seine Arbeitsgruppe

Mit rund einer Million Euro fördert das Bundesforschungsministerium (BMBF) die Arbeitsgruppe von Dr. Hendrik Hölscher vom Centrum für Nanotechnologie (CenTech) für sein Projekt „Quantitative Rasterkraftspektroskopie“. Zusammen mit seinem Team erforscht er neue Möglichkeiten, die bisher nur im Hochvakuum und damit an unbeweglichen Objekten mögliche Rasterkraftmikroskopie auch in Flüssigkeiten und an der Luft anzuwenden. Für biologische Proben, die sich nur in Flüssigkeiten untersuchen lassen, wird so ein neuer Weg eröffnet, um ihre elastischen Eigenschaften auf Nanoebene zu messen. Insgesamt vergab das BMBF 27 Millionen Euro für bis zu fünf Jahre an junge Nachwuchswissenschaftler aus dem Bereich der Nanotechnologie.

Eine wichtige Initialzündung für die Nanotechnologie war die Erfindung des Rasterkraftmikroskops im Jahr 1986. Bei dieser Mikroskopietechnik tastet eine feine Spitze die Probenoberfläche ab. Das Prinzip ähnelt einem Plattenspieler. Inzwischen ist diese Mikroskopiemethode ein Standard in der Nanotechnologie. In den vergangenen Jahren wurde dieser Ansatz zur dynamischen Kraftspektroskopie weiterentwickelt. Sie bietet die Möglichkeit, Kräfte auf atomarer Skala mit hoher Präzision im Vakuum zu messen. Mit Hilfe eines dynamischen Rasterkraftmikroskops wird dabei die Kraft zwischen Spitze und Proben aus der gemessenen Frequenzverschiebung berechnet. Obwohl dieses Verfahren auf den ersten Blick umständlich erscheint, erlaubt es Messungen mit vorher nicht erreichter Genauigkeit. So können die Spitzen-Proben-Kräfte mit bekannten physikalischen Modellen nun auch auf der Nanometerskala verglichen werden.

Eine Anwendung soll diese neue Methode auch bei der Untersuchung von Reibungseigenschaften finden. Dieser Wissenschaftszweig ist die Nano-Tribologie, die sich zum Ziel gesetzt hat, Reibung auf der atomaren Skala zu untersuchen. Mit der dynamischen Rasterkraftspektroskopie kann Hölscher nun die seit langem aufgestellte Vermutung, dass Reibung und Adhäsion auf der atomaren Ebene direkt zusammenhängen, weiter erforschen.