Video: TU-Forscher hängen Mikroskop an Bungee-Seil auf

Ein Hochleistungsmikroskop in einem Labor zu betreiben, unter dem die U-Bahn fährt, ist eine nahezu unlösbare Herausforderung. Schließlich muss man eine extrem feine Nadel mit höchster Präzision über eine Oberfläche führen, um einzelne Atome aufzunehmen. Und da führt jede Vibration zu verwackelten Bildern. Wiener Forscher haben nun ihr Mikroskop an Bungee-Seile gehängt, damit es nicht wackelt.

Die Physikerin Ulrike Diebold vom Institut für Angewandte Physik der Technischen Universität (TU) Wien hat einen Teil des mit 1,5 Millionen Euro dotierten Wittgenstein-Preises, den sie 2013 erhielt, in die Anschaffung eines besonders leistungsfähigen Mikroskops investiert. Dieses verbindet Rastertunnel- mit Rasterkraftmikroskopie. Die Position der Nadelspitze muss dabei mit einer Präzision im Bereich von Picometern (Milliardstel eines Millimeters) über die zu analysierende Oberfläche geführt werden.

"Andere Forschungsgruppen, die ähnliche Mikroskope betreiben, stellen sie im speziell schwingungsgedämpften Kellern auf, oder in eigens dafür vorgesehenen Gebäuden", erklärte Diebold in einer Aussendung. Wenn sie über den Aufstellungsort ihres Geräts in einem Hochhaus direkt über der U-Bahn mitten in Wien erzähle, ernte sie oft ungläubige Blicke. Denn jede Art von Vibration könne das Messergebnis unbrauchbar machen.

In dieser Situation reichten herkömmliche Schwingungsdämpfungen nicht aus. "Kommerziell erhältliche Lösungen filtern zwar hochfrequente Schwingungen, aber die niedrigen Frequenzen wird man damit kaum los", erklärte Diebolds Kollege Michael Schmid. Etwa jene vom Wind angetriebenen Schwingungen des Hauses selbst mit einer Frequenz von wenigen Hertz. Gelöst haben die Wissenschafter das Problem, indem sie das ganze Mikroskop und die Metallkonstruktion, auf der es montiert ist, an 36 Bungeeseilen an die Decke hängten. Die elastischen Eigenschaften der Seile seien besonders gut geeignet, niederfrequente Schwingungen zu dämpfen.

Die Konstruktion schwebt etwa zwei Millimeter über dem Boden, wo Sensoren den Abstand kontrollieren. Ändert sich dieser, etwa weil es während der Experimente zu Gewichtsverlagerungen kommt, wird über Elektromotoren automatisch nachjustiert, damit die Vorrichtung exakt in der Horizontalen bleibt. Mit dieser nun patentierten Spezialaufhängung, deren Leistungsfähigkeit besser als jene von teuren aktiven Schwingungsdämpfungen sei, könne man die Möglichkeiten des Mikroskops voll auszunützen, betonen die Forscher.