„Im zweiten, dritten Jahr bin ich durch eine ziemlich große Kriese gelaufen: meine Berechnungen konnte ich einfach nicht im Labor nachweisen, obwohl ich mir sicher war, dass sie stimmten! Das hat mich viel Motivation gekostet, weiterzumachen und an mich zu glauben. Dabei wurde ich großartig von meinem Betreuern Dr. Jan Rothhardt und Prof. Jens Limpert unterstützt. Und dann endlich gelang auch der Durchbruch im Labor, wobei ein Durchschnittleistungsrekord im EUV-Bereich mit 10 Milliwatt aufgestellt wurde - das ist das Hundertfache an Leistung im Vergleich zu ähnlichen Systemen zu Beginn meiner Promotion!“, berichtet Robert Klas. EUV (extrem ultraviolett) beschreibt den Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung zwischen 10 nm und 121 nm Wellenlänge, was einen stark kurzwelligen Wellenlängenbereich an der Grenze zur Röntgenstrahlung kennzeichnet. „Mit dieser Art von EUV-Quellen können nun Experimente im Labormaßstab erfolgen, welche vor wenigen Jahren nur an Synchrotrons möglich waren. Im Gegensatz zu Synchrotrons, die Großanlagen mit entsprechend hohen Anschaffungs- und Betriebskosten sind, passt unser Aufbau auf einen Labortisch.“, erklärt Robert Klas die Teamleistung. Damit kostet der kompakte Aufbau nur einen Bruchteil einer solchen Großforschungsanlage, sodass die langen Wartezeiten an den Großanlangen durch die geringen Anschaffungskosten umgangen und somit schneller Forschungsergebnisse erzielt werden können.“
Die extrem kleine Wellenlänge im EUV eröffnet viele Möglichkeiten bei der Untersuchung von entsprechend kleinen Strukturen: Konkret ist es möglich mit diesen Lichtquellen Masken für die EUV-Lithographie zur Microchipherstellung zu inspizieren und somit Fehlern vorzubeugen. Diese cutting-edge Anlagen erlauben es, Millionen Transistoren auf einen fingernagelgroßen Wafer zu schreiben. Dies lässt erahnen, wie die Nachhaltigkeit in Bezug auf Materialeinsparung bei der Chipherstellung verbessert wird.
Einen starken Impakt hat diese neue Technologie auch auf den Bereich der Mikroskopie: Aufgrund seiner Wellenlänge im Nanometerbereich (ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter), lassen sich unter einem EUV-Mikroskop farbige Bilder in einer Auflösung von 18 nm realisieren – 10 mal kleiner verglichen mit konventionellen Lichtmikroskopen, die zwar farbige Abbildungen liefern, aber nur eine Auflösung von knapp 500 nm haben. Rasterelektronenmikroskope kommen zwar auch auf eine hohe Bildauflösung, haben aber wiederum nur eine schwarz-weiße Darstellung des abgebildeten Objektes. Künftig können also Bakterien und Zellen viel genauer auf deren Anteile von verschiedenen Stoffen wie Kohlenstoff, Lipide etc. untersucht werden. »Mit unserer Technologie können wir in Zukunft biologische und medizinische Studien vorantreiben und hoffentlich unterschiedliche Arten von Viren untersuchen. Irgendwann wollen wir mit diesem Verfahren auch DNA mit etwa zwei Nanometern Durchmesser abbilden können«, so der Forscher und beschreibt die Detailschärfe »In einem Experiment haben wir ein sogenanntes Field of view in der Größe von 100 x 100 Mikrometern erreicht. Bildlich gesprochen, können wir damit auf der Größe eines Fußballfeldes eine Ein-Euro-Münze finden.«
Diese Promotion, die in Kooperation mit dem Helmholtz-Institut Jena und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF entstanden ist, wurde am 21.03.2023 mit dem 3. Platz des Hugo Geiger Preises ausgezeichnet. Im Rahmen des »Symposiums Netzwert«, der größten internen Veranstaltung für Fraunhofer-Forschende wurde der vom Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gestiftete Preis durch den Staatssekretär Roland Weigert übergeben: »Die Preisträger haben mit ihren visionären Ideen auf ganz unterschiedlichen Forschungsfeldern Spitzenleistungen erbracht. […] Die prämierten Arbeiten zeichnen sich dabei nicht nur durch wissenschaftliche Exzellenz aus, sondern bieten auch großes Potenzial in der Anwendung und damit für wirtschaftlichen Erfolg.«