Universiteit Leiden

NWO-subsidie voor nieuwe elektronenmicroscoop

Prof.dr. Jan van Ruitenbeek: 'De lage energie is een slimme truc om sneller een mooie afbeelding te maken.'

Een onderzoeksteam onder leiding van prof.dr. Jan van Ruitenbeek heeft een subsidie ontvangen voor een nieuw te ontwikkelen microscoop, onder de naam ESCHER (Electronic, Structural and CHEmical nanoimaging in Real-time). De subsidie van ruim 2,3 miljoen is één van de negen die is toegekend binnen het programma 'Investeringen NWO-groot'. De elektronenmicroscoop is ontwikkeld door Ruud Tromp, onderzoeker bij IBM en deeltijd hoogleraar aan de Universiteit Leiden.

Lage energie
'In een conventionele elektronenmicroscoop worden elektronen onder hoge spanning versneld en naar het preparaat geschoten', legt Van Ruitenbeek uit. Het bijzondere aan dit instrument is dat het met lage energie werkt. Ook in dit apparaat worden de elektronen versneld en gericht op het preparaat. Van Ruitenbeek: 'Maar in de laatste condensorlens zorgt een tegengesteld elektrisch veld ervoor dat de elektronen afgeremd worden. Ze raken het preparaat met heel lage energie. De mate van afremming kan je instellen en terugbrengen tot zelfs nul. Met de reflecterende elektronen kan vervolgens een beeld gevormd worden van wat er zich aan het oppervlak van het preparaat bevindt.'

Investeringen NWO-groot
Voor deze subsidieronde ontving de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) zestien aanvragen voor in totaal 88 miljoen euro. Een commissie heeft gekeken naar de wetenschappelijke kwaliteit, het maatschappelijke belang en de nationale toegankelijkheid. Uiteindelijk hebben negen aanvragen geld ontvangen. In totaal gaat het om 17,9 miljoen euro aan NWO-bijdrage.

Het programma 'Investeringen NWO-groot' is gericht op investeringen die innovatief wetenschappelijk onderzoek van hoog niveau mogelijk maken. De investeringen moeten een landelijke functie hebben en de spankracht van de betrokken instelling te boven gaan. Real time
De hoge energie van een gewone elektronenmicroscoop kan het preparaat beschadigen. 'Maar belangrijker is dat de lage energie een slimme truc is om sneller een mooie afbeelding te maken', zegt Van Ruitenbeek. 'Een standaard elektronenmicroscoop schrijft met een scherpe bundel over het oppervlak van het preparaat. Met ESCHER worden de elektronen afgeremd, teruggekaatst en door dezelfde optiek weer versneld en afgebeeld. Je krijgt daarmee een afbeelding in 'real time'. De lage energie ofwel Low-Energy Electron Microscopy (LEEM) is het eerste aspect van dit instrument. Het tweede is Photo Electron Emission Microscopy (PEEM). Van Ruitenbeek: 'Je kunt het nog mooier maken door in plaats van elektronen licht te gebruiken. De lichtfotonen maken elektronen uit het preparaat los die met behulp van dezelfde elektronenoptiek een beeld van het oppervlak vormen.'

De 'LEEM/PEEM' elektronenmicroscoop en een schematische weergave van zijn werking.

Andere onderzoeksgebieden
'De oppervlaktefysica is het traditionele gebied waarin dit instrument gebruikt zal worden', zegt Van Ruitenbeek. 'Maar wij willen daarnaast uitbreiden naar andere gebieden. Een belangrijk onderzoeksgebied is dat van dr. Sense Jan van der Molen. Hij wil gaan kijken of je het elektronentransport aan het oppervlak van een preparaat direct zichtbaar kunt maken. Bij een niet-homogeen oppervlak waarover een elektrische stroom loopt wil hij onderzoeken hoe de stroompaden lopen. We verwachten dat het mogelijk moet zijn om dat zichtbaar te maken met een resolutie van twee nanometer (ongeveer zes atomen).'

Hogetemperatuursupergeleiders
Een ander onderzoeksgebied is het bestuderen van complexe elektronensystemen zoals van de hogetemperatuursupergeleiders. Van Ruitenbeek: 'Deze materialen gedragen zich heel anders dan gewone metalen. Het zijn oxides, maar anders dan de meeste oxides zijn ze niet isolerend. Ze geleiden elektriciteit, maar op een heel vreemde manier en ze worden al supergeleidend op een temperatuur die hoger is dan bij welk metaal ook. Ze zijn al 25 jaar geleden ontdekt, maar er bestaat nog steeds geen goede verklaring voor hun eigenschappen. ESCHER kan bij materialen waar elektronen zich op een heel gecompliceerde manier gedragen een rol spelen om meer inzicht te krijgen.'

Ten slotte ziet Van Ruitenbeek ook toepassingen voor heel andere onderzoeksgebieden. Hij heeft al contact gehad met collega's bij scheikunde en biologie, die zeer enthousiast reageerden op de mogelijkheden.

(3 juni 2008/SH)