Drei Physiker aus Deutschland sind mit dem "Frontiers of Knowledge Award" der BBVA-Stiftung für ihre wegweisende Forschung zur modernen Elektronenmikroskopie ausgezeichnet worden. Die Preisträger sind die Physikprofessoren Maximilian Haider (CEOS GmbH Heidelberg), Harald Rose (Universität Ulm) und Knut Urban (Forschungszentrum Jülich).
Der mit 400 000 Euro dotierte Preis der Stiftung des spanischen Finanzkonzerns "Banco Bilbao Vizcaya Argentaria SA" wurde in der Kategorie Grundlagenforschung vergeben. Gewürdigt wurden damit die wissenschaftlichen Verdienste der drei Forscher bei der Entwicklung der modernen aberrationskorrigierten Elektronenmikroskopie. Mit dieser neuen Generation fehlerkorrigierter Elektronenmikroskope wurden Aufnahmen in subatomarer Auflösung möglich, sodass atomare Strukturen im Pikometer-Bereich sichtbar gemacht werden können, wobei ein Pikometer einem Milliardstel Millimeter entspricht. Für die Materialwissenschaften und die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung wurde dieses hochverfeinerte Bildgebungsverfahren zu einer neuen Schlüsseltechnologie, für die Nano-Forschung sogar unabdingbar. Und weil die neue Aufnahmetechnik viel weniger aggressiv zu biologischem Probenmaterial ist, haben auch die Lebenswissenschaften besonders von dieser Neuentwicklung profitiert.
Anfang der 90-er Jahren hatten sich die drei Physiker zusammengeschlossen, um gemeinsam an der Beseitigung elektronenoptischer Bildfehler zu forschen. Mit Unterstützung der Volkswagen-Stiftung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gelang ihnen 1997 - nach Jahren intensivster gemeinsamer Forschung - was die allermeisten Vertreter in ihrem Forschungsfeld nicht für möglich gehalten haben: Die Entwicklung eines Prototypen eines fehlerkorrigierten Elektronenmikroskops, mit dem die Auflösung der elektronenoptischen Aufnahmen um ein Vielfaches verbessert werden konnte. Grundlage hierfür war das 
theoretische Konzept von Harald Rose zur Korrektur der sphärischer Aberration und der Farbfehler von Elektronenlinsen. Der Physiker, damals Professor am Institut für angewandte Physik an der TU Darmstadt, ist heute Carl-Zeiss-Seniorprofessor an der Universität Ulm. Herzstück seines Konzepts zur Korrektur der sphärischen Aberration sind magnetische Multipole, die später zur gleichzeitigen Korrektur des Farbfehlers mit elektrostatischen Multipolen überlagert wurden. Das gesamte Korrektursystem wirkt damit als "Brille" für die "fehlsichtigen" Elektronenlinsen.
Die Jury lobt die besondere Hartnäckigkeit der Forscher
Die hochkarätig besetzte internationale Jury, der neben dem Nobelpreisträger und Max Planck-Forscher Professor Theodor Hänsch renommierte Wissenschaftler aus Stanford, Oxford, von der ETH Zürich und der Cornell University angehören, hebt in der Laudatio die besondere Beharrlichkeit und Ausdauer des Forscherteams hervor. Während keiner mehr im Feld überhaupt an die Möglichkeit geglaubt habe, die Auflösung von Elektronenmikroskopen jemals verbessern zu können und die USA die Forschungsförderung auf diesem Gebiet bereits eingestellt hatte, hielten Haider, Rose und Urban an ihrem Vorhaben unbeirrt fest. "Gerettet hat unsere riskante Unternehmung schließlich die Volkswagen-Stiftung, die Forschung auch dann fördert, wenn die praktische Anwendung nicht sofort auf der Hand liegt", so Professor Knut Urban vom Forschungszentrum Jülich. "Schließlich gab es ja auch kein physikalisches Gesetz, das unsere Problemlösung ausgeschlossen hätte", ergänzt der Ulmer Stiftungsprofessor Rose lächelnd.
Der Wissenschaftler hatte im Jahr 1989 auf einer internationalen Tagung, bei der auch Haider und Urban zugegen waren, einen Vortrag gehalten, wo er das theoretische Konzept zur Korrektur sphärischer Aberrationen öffentlich vorstellte. "Die Grundidee hierzu hatte ich in fünf Minuten, doch hätte ich damals nicht gedacht, dass ich damit noch zwanzig Jahre später mit zu schaffen haben würde", wundert sich der 78-jährige gebürtige Bremer heute. "Wie meine Kollegen war ich auf jeden Fall sehr überrascht über den Preis. Wir sind alle sehr glücklich darüber", freut sich der Physiker.
"Wissenschaft braucht Hingabe, Teamarbeit und viel Ausdauer. Die Geschichte der fehlerkorrigierten Elektronenmikroskopie zeigt die Notwendigkeit einer langfristigen Forschungsförderung, die auch Misserfolge mit einkalkuliert. Denn es sind nicht zuletzt die vorangegangenen Fehlschläge, die den Weg zum finalen Erfolg geebnet haben", macht Rose klar.
Hintergrund
Anders als Lichtmikroskope zeigen Elektronenmikroskope die meisten Objekte nicht direkt sondern in "verschlüsselter" Form, weil die Abbildung mit Elektronen den Gesetzen der Quantenphysik unterliegt. Neben dem theoretischen Konzept von Professor Harald Rose zur Korrektur der elektronenoptischen Bildfehler, waren also weitere Schritte zur Verbesserung der Auflösung nötig. Erst die aufwändigen, von Professor Knut Urban und seinen Kollegen vom Forschungszentrum Jülich entwickelten computergestützten quantenphysikalischen Verfahren zur Bildberechnung und -interpretation machten diese bisher ungeahnten Einblicke in die Welt der Atome möglich. Professor Maximilian Haider, Honorarprofessor am KIT, damals Leiter der Elektronenmikroskopie am Heidelberger EMBL, realisierte schließlich das Gerät und gründete mit der CEOS GmbH eine Firma zur Herstellung aberrationskorrigierter Elektronenmikroskope. Mit diesen fehlerkorrigierten höchstauflösenden Geräten der neuen Generation lassen sich sogar atomare Verschiebungen kleiner als ein Zehntel eines Atomradius beobachten. "Das heißt, man kann nicht nur einzelne Atome sondern auch deren Bewegungen und Interaktionen mit einer bisher nie gekannten Präzision sichtbar machen", erläutern die Entwickler.
Von den über 500 Geräten der neuen Generation, die heute an Universitäten und in Forschungslaboren im Einsatz sind, wurden 470 mit Korrektoren der Heidelberger Firma CEOS ausgestattet. Das erste kommerzielle dieser Geräte steht seit 2005 an der Uni Ulm - in der zentralen Einrichtung für Elektronenmikroskopie, wo Harald Rose seit 2010 als Seniorgastprofessor der Carl-Zeiss-Stiftung forscht. Professorin Ute Kaiser von der Materialwissenschaftlichen Elektronenmikroskopie, die sich dafür eingesetzt hat, dass sowohl dieses Gerät als auch später der renommierte Physiker Rose den Weg an die Universität Ulm fanden, begrüßt es sehr, dass das Physiker-Team diesen außerordentlichen Forschungspreis erhalten hat: "Wir freuen uns natürlich sehr für Harald Rose und seine Kollegen Haider und Urban. Nicht zuletzt, weil damit ein wichtiges Forschungsfeld enorm gewürdigt wird, dem sich auch die Universität Ulm verpflichtet hat.
Verantwortlich: Andrea Weber-Tuckermann
Prof. Dr. Harald Rose
Harald Rose, 1935 in Bremen geboren, ist seit 2010 Carl-Zeiss-Seniorprofessor in der ZE Elektronenmikroskopie an der Universität Ulm. Der Physiker, der an der TU Darmstadt in Physik studiert und promoviert hat, war dort - nach mehreren Forschungsaufenthalten in den USA - zwischen 1971 und 1975 als akademischer Rat und von 1980 bis 2000 als Professor am Institut für Angewandte Physik tätig. Zu seinen späteren internationalen Stationen gehören unter anderem die Cornell-University und Berkeley, aber auch die Jiatong-Universität Xian in China.
Prof. Dr. Maximilian Haider
Maximilian Haider, 1950 in Österreich geboren, ist Gründer und Leiter der Firma CEOS, Heidelberg, die aus dem Projekt hervorgegangen ist. Weltweit sind heute 200 Mikroskope in Universitäten und Forschungslaboren auf der Basis der neuen bahnbrechenden Elektronenoptik im Einsatz, die zu über 90 Prozent von der Firma CEOS stammen. Maximilian Haider ist seit 2008 Honorarprofessor am Karlsruher Institut für Technologie und Mitglied des dortigen Laboratoriums für Elektronenmikroskopie. (Quelle: KIT)
Prof. Dr. Knut Urban
Der Physiker Prof. Knut Urban leitete von 1987 bis 2011 das Jülicher Institut für Mikrostrukturforschung am heutigen Peter Grünberg Institut sowie einen Lehrstuhl für Experimentalphysik an der RWTH Aachen. Von 2004 bis 2006 war er Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG). Urban wurde unter anderem auch mit dem Wolf-Preis ausgezeichnet, einem der renommiertesten Preise der Physik. Er ist erster Inhaber der neuen von der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum eingerichteten JARA-Seniorprofessur. (Quelle: FZ Jülich)