Gerd Schneider erhält Professur für Röntgenmikroskopie an der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Gerd Schneider hält die Professur für Röntgenmikroskopie an der HU Berlin inne und leitet die gleichnamige Arbeitsgruppe am HZB. © WISTA MANAGEMENT GmbH
Gerd Schneider (HZB) hat den Ruf auf eine W2-S-Professur "Röntgenmikroskopie" am Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin am 29. April 2015 angenommen. Die Professur ist verbunden mit der Leitung der Arbeitsgruppe „Röntgenmikroskopie“ am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Mit seinem Team entwickelt der international anerkannte Experte neue Methoden und Anwendungen für die Röntgenmikroskopie, die entscheidende Beiträge für viele wissenschaftlichen Disziplinen – von der Material- und Energieforschung bis hin zu den Lebenswissenschaften – liefert.
Die Arbeitsgruppe um Gerd Schneider betreibt eines der modernsten Röntgenmikroskope der Welt, das in Kombination mit dem „weichen“ Röntgenlicht von BESSY II räumliche Auflösungen bis zu zehn Nanometern erlaubt.
Röntgenmikroskopie ist ein unerlässliches Werkzeug für die Untersuchung von Materialien
Die Röntgenmikroskopie hat gegenüber der Licht- und Elektronenmikroskopie entscheidende Vorteile: Sie ermöglicht beispielsweise, dass Forscher Strukturen von Objekten dreidimensional betrachten können, – und das bei einer sehr hohen Auflösung von 10 Nanometern. „Während Forscher im Elektronenmikroskop nur sehr dünne Probe mit maximal etwa 0,1 µm Dicke betrachten können, erlaubt die Röntgenmikroskopie beispielsweise ganze Zellen mit Dicken von 10 µm zu untersuchen. „Gegenüber der modernen Super-Resolution Lichtmikroskopie, die Farbstoffmoleküle in Zellen zur Überwindung der Auflösungsgrenze nach Abbé benötigt, liefert die Röntgenmikroskopie einen direkten Blick auf die zellulären Strukturen ohne jegliche Färbung“, erläutert Prof. Dr. Gerd Schneider. Licht- und Röntgenmikroskopie erlauben ganze Zellen zu studieren, somit können durch korrelative Untersuchungen an einzelnen Zellen mittels Lichtmikroskopie bestimmte Proteine lokalisiert werden, deren Verteilung mittels Röntgenmikroskopie in einen strukturellen zellulären Kontext gebracht werden kann.
Da jedes chemische Element spezifische Röntgenabsorptionskanten besitzt, erlaubt die Röntgenmikroskopie eine elementspezifische Bestimmung der Bestandteile einer Probe. Auch chemische Bindungszustände lassen sich durch die Nahkantenspektroskopie gut abbilden. Weil die Elemente eine charakteristische Fluoreszenz unter Röntgenlicht besitzen, kann man zudem die räumliche Verteilung extrem niedriger Konzentrationen von Elementen in einer Probe gut ermitteln. Auf diese Weise liefert die Röntgenmikrokopie ein umfassendes Bild von Proben.
Hochpräzise Rötgenoptiken entwickeln
Um eine möglichst hohe Auflösung in der Röntgenmikroskopie zu erzielen, werden hochpräzise Optiken benötigt, die den Röntgenstrahl fokussieren. Die Arbeitsgruppe um Gerd Schneider hat neben der Entwicklung von Röntgenmikroskopen maßgeblich zur Weiterentwicklung dieser Optiken, den Fresnel-Zonenplatten, beigetragen. Mit solchen 3D-Röntgenoptiken und modernen Synchrotronquellen wie BESSY II können Beiträge zu vielen wissenschaftliche Fragestellungen von den Grundlagen der Strukturbiologie bis hin zur Forschung an modernen Energiespeichern geleistet werden.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.
- BESSY II: Magnetische „Mikroblüten“ verstärken Magnetfelder im ZentrumEine blütenförmige Struktur aus einer Nickel-Eisen-Legierung, die nur wenige Mikrometer misst, kann Magnetfelder lokal verstärken. Der Effekt lässt sich durch die Geometrie und Anzahl der „Blütenblätter“ steuern. Das magnetische Metamaterial wurde von der Gruppe um Dr. Anna Palau am Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB) mit Partnern aus dem CHIST-ERA MetaMagIC-Projekts entwickelt und nun an BESSY II in Zusammenarbeit mit Dr. Sergio Valencia untersucht. Die Mikroblüten ermöglichen vielfältige Anwendungen: Sie können die Empfindlichkeit magnetischer Sensoren erhöhen, die Energie für die Erzeugung lokaler Magnetfelder reduzieren, und am PEEM-Messplatz an BESSY II die Messung von Proben unter deutlich höheren Magnetfeldern ermöglichen.
- Die Zukunft der Energie: Empfehlungen der Wissenschaft an die PolitikExpert*innen des HZB haben ihr Fachwissen in den hier kurz vorgestellten Positionspapieren eingebracht.
Zu den Themen gehören die Entwicklung innovativer Materialien für eine nachhaltige Energieversorgung und die Kreislaufwirtschaft.
Fachleute aus verschiedenen Bereichen haben gemeinsam Lösungen und Handlungsempfehlungen formuliert.