„Zweidimensionale Materialien bilden eine neue Materialklasse, die nur aus einer oder ganz wenigen Atomlagen bestehen und deshalb einzigartige Eigenschaften haben. Weltweit werden sie bereits in der Elektronik, der Sensorik und Quantenoptik verwendet“, erklärt Professorin Ute Kaiser von der Universität Ulm. Die Leiterin der Materialwissenschaftlichen Elektronenmikroskopie, eine weltweit renommierte Forscherin auf diesem Gebiet, ist Gastgeberin des Symposiums. Ute Kaiser, die während des Symposiums ihren 70. Geburtstag feiert, ist sozusagen die „Mutter“ des Supermikroskops SALVE und hat maßgeblich zur Entwicklung der Niederspannungsmikroskopie beigetragen. Das SALVE-Mikroskop ist nach Angaben der Universität Ulm das weltweit einzige Öffnungs- und Farbfehler-korrigierte Niederspannungstransmissionselektronenmikroskop. Dieses vier Meter hohe, tonnenschwere Gerät macht es möglich, einzelne Atome abzubilden, ohne dass diese, wie bei Geräten mit höherer Spannung, „herausgeschlagen“ werden.

Prof. Dr. Ute Kaiser. © Elvira Eberhardt / Uni Ulm

„Spannend ist, dass man mit diesem Elektronenmikroskop zweidimensionale Materialien nicht nur analysieren kann, sondern dass sich durch das gezielte Entfernen einzelner Atome im Elektronenmikroskop die Materialeigenschaften gezielt verändern lassen. Noch spannender ist, dass man diese Einzellagen dann unter dem Lichtmikroskop aufeinanderstapeln kann“, so Ute Kaiser. Dadurch lassen sich aus 2D-Materialien völlig neuartige Materialien „bauen“, die ein Volumen haben und deren Eigenschaften sich auf atomarer Ebene kontrollieren lassen. Mit Hilfe von SALVE konnten bereits Materialien wie Graphen, Bornitrid, Molybdändisulfid und viele andere einzeln oder auch „gestapelt“ abgebildet werden.

Die Tagung befasst sich nun sowohl mit den Herausforderungen bei der elektronenmikroskopischen Untersuchung von 2D-Materialien auf atomarer Ebene, der Bildanalyse mit Methoden der künstlichen Intelligenz, der quantenmechanischen Berechnung der Eigenschaften als auch mit konkreten Anwendungen zum Beispiel in Bio-Sensorik und Spintronik. Das Supermikroskop SALVE, mit dessen Hilfe Ulmer Forschende nach Universitätsangaben bereits mehrere materialwissenschaftliche Weltrekorde geholt haben, habe bereits in zahlreichen internationalen Forschungsprojekten seine Leistungsfähigkeit bewiesen und bereichere auch die Ulmer Batterie- und Quantenforschung mit einzigartigen Einblicken in die Welt der Atome. Auch die erfolgreiche Entwicklung des SALVE-Projektes, an der die Ulmer Wissenschaftlerin Ute Kaiser als SALVE-Projektleiterin federführend beteiligt war, hat dazu beigetragen, dass die Universität Ulm ein beutender Standort in der materialwissenschaftlichen Elektronenmikroskopie geworden ist.

Zur Tagung „SALVE 2D23“ werden in Ulm Forschende aus der ganzen Welt erwartet, die das Feld im gemeinsamen wissenschaftlichen Austausch voranbringen wollen. „Es ist ein unglaublich aufregendes Forschungsgebiet. Ich bin überzeugt, dass direkt vor uns weitere neuartige Erkenntnisse liegen, die in der Industrie zu revolutionären Einsatzmöglichkeiten führen werden“, sagt die Gastgeberin. 

Über SALVE
Die Abkürzung steht für „Sub-Ångström Low Voltage Electron microscopy“ und ist ein Akronym für eine Forschungsinitiative (gestartet im Jahr 2009) der Universität Ulm zur Entwicklung einer besonders materialschonenden Technologie zur atomar auflösenden elektronenmikroskopischen Abbildung. Das weltweit erste Farb- und Öffnungsfehler-korrigierte Niederspannungstransmissionselektronenmikroskop SALVE liefert atomare Einblicke in die Welt der Materie: Atomare und subatomare Strukturen im Sub-Angström-Bereich können sichtbar gemacht werden (ein Angström entspricht dem 10 Millionsten Teil eines Millimeters).