Elektronenmikroskopie mit atomarer Auflösung: Ein Durchbruch bei der Korrektur von auflösungsbegrenzenden Linsenfehlern

Selbst die einfachsten optischen Geräte liefern heute eine Qualität der optischen Abbildung, von der die Elektronenoptiker bis vor kurzem nicht zu träumen wagten. Daß dies trotz der Abbildungsfehler von konventionellen optischen Einzellinsen möglich ist, haben wir Ernst Abbe zu verdanken, der bereits in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts gezeigt hat, wie man Sammel‐ und Zerstreuungslinsen zu einem optischen Aplanaten anordnen kann, in dem sich die Fehler gegenseitig kompensieren. Dieses Verfahren versagt für runde Elektronenlinsen, da diese sich nur als Sammellinsen herstellen lassen, deren Öffnungsfehler unvermeidlich und positiv definit ist. Aus diesem Grund können alle heutigen Elektronenmikroskope – trotz der kleinen Wellenlänge der abbildenden Elektronen von weniger als einem Zehntel eines Atomradiuses – keine Atome in nichtkristallinen Objektbereichen auflösen. Vor fast genau fünfzig Jahren fand Otto Scherzer einen Weg, wie man die auflösungsbegrenzenden Fehler von Elektronenlinsen mit Hilfe unrunder Linsen korrigieren kann; eine Realisierung scheiterte aber bislang an praktischen Gründen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts der Volkswagen‐Stiftung (vgl. Phys. Blätter, Oktober 1991, S. 934) ist es uns kürzlich gelungen, einen geeigneten Korrektor, der Sextupollinsen verwendet, zu konzipieren und zu bauen. Dadurch ist es erstmals möglich geworden, die Auflösungsgrenze eines 200‐kV‐Elektronenmikroskops von 0.25 nm auf ungefähr 0.13 nm zu reduzieren und nichtperiodische Strukturen in Festkörpern direkt atomar aufzulösen.