HELMHOLTZ-PREIS 1977 (Preisverleihung am 20.03.1979)
Dr. Hannes Lichte für die Arbeit "Ein Elektronen-Auflicht-Interferenzmikroskop zur Präzisionsbestimmung von Unebenheiten und Potentialunterschieden auf Oberflächen"

Preisträger 1977: Mikroskopie mit interferierenden Elektronenwellen

Prof. Dr.-Ing. Dieter Kind (li.), Dr. Hannes Lichte (re.)

Hannes Lichte, geboren 1944 in Braunschweig, studierte Physik in Kiel und anschließend in Tübingen. Dort am Institut für Angewandte Physik bei Gottfried Möllenstedt baute und betrieb er im Rahmen seiner Diplom- und Doktorarbeit zwischen 1970 und 1978 sein Auflicht- Interferenzmikroskop für Elektronenwellen, wofür er 1977 promoviert wurde. Er wurde später in Tübingen auf eine Professur berufen.

In der Sylvesternacht 1986 gelang es ihm, das erste Elektronenhologramm mit atomarer Auflösung aufzunehmen. "Für die Weiterentwicklung der Elektronenholographie" erhielt er 1987 zusammen mit Gottfried Möllenstedt und anderen den Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft, und 1989 bekam er den Ernst-Ruska-Preis. 1994 wurde er Professor für physikalische Messtechnik an der TU Dresden und war dort maßgeblich am Aufbau des Triebenberg-Labors für höchstauflösende Elektronenmikroskopie und Elektronenholographie beteiligt.

Verglichen mit dem Lichtmikroskop erreicht ein Elektronenmikroskop eine erheblich höhere Lateralauflösung, da die Wellenlänge der zur Abbildung benutzten Elektronen (die eine Energie von einigen 10 keV haben) nur ein 100 000-stel der Lichtwellenlänge beträgt. Hingegen waren die Elektronenmikroskope bei der Tiefenauflösung den Lichtmikroskopen lange Zeit klar unterlegen. Das änderte sich, als mit Hilfe von interferierenden Elektronenwellen auf Oberflächen Unebenheiten und Strukturen sichtbar gemacht werden konnten, deren Höhe kleiner als 1 Nanometer war. Den Durchbruch auf diesem Gebiet hat Dr. Hannes Lichte mit dem Aufbau eines Interferenzmikroskops für Elektronenwellen geschafft. Für seine Arbeit „Ein Elektronen-Auflicht- Interferenzmikroskop zur Präzisionsmessung von Unebenheiten und Potentialunterschieden auf Oberflächen“ erhielt er den Helmholtz-Preis 1977.

Lichtes Elektronen-Interferenzmikroskop arbeitete nach dem Prinzip des lichtoptischen Michelson-Interferometers. In diesem zerlegt ein Strahlteiler die von einer Lichtquelle kommenden Lichtwellen in zwei Teilwellen, die jeweils von einem Spiegel reflektiert werden und anschließend wieder zusammenkommen und interferieren. Ist der eine Spiegel eine glatte Referenzfläche, der andere hingegen uneben, so kann man aus der Form und Verschiebung der auftretenden Interferenzstreifen die Ausdehnung und Höhe der Unebenheiten ermitteln. Beim Elektronen-Interferenzmikroskop wurden die von einer Quelle kommenden Elektronenwellen durch ein Biprisma in zwei Teilwellen zerlegt.

Das von Gottfried Möllenstedt und Heinrich Düker 1954 entwickelte elektronenoptisches Biprisma bestand aus einem metallisierten Quarzfaden von 1 Mikrometer Dicke, der gespannt wurde und ein negatives elektrostatisches Potential hatte. Ein Umlenkmagnet lenkte die beiden Teilwellen rechtwinklig ab auf einen Elektronenspiegel, wo sie auf zwei unterschiedliche Bereiche trafen, die den beiden Interferometerspiegeln entsprachen. Das negative Potential des Elektronenspiegels sorgte dafür, dass sich ihm die Elektronenwellen nur auf etwa 200 nm annäherten, bevor sie umkehrten. Dann durchliefen sie erneut den Umlenkmagneten und trafen auf ein zweites Biprisma, das ein positives Potential hatte und die beiden Teilwellen zusammenführte, sodass sie interferierten. Dabei zeigte es sich, dass Höhenunterschiede von atomarer Größenordnung die Phase der Elektronenwellen um 2π verschieben. Mit diesem Elektronenmikroskop konnte Lichte Oberflächenunebenheiten mit einer Höhe von weniger als 0,1 nm sichtbar machen und ausmessen. Auch Potentialunterschiede in einer Oberfläche ließen sich mit einer Genauigkeit von weniger als 1 mV bestimmen.

Literature

Hannes Lichte: Ein Elektronen-Auflicht-lnterferenzmikroskop zur Präzisionsmessung von Unebenheiten und Potentialunterschieden auf Oberflächen. PTB-Mitteilungen 89, (1979), 229

Hannes Lichte and Michael Lehmann: Electron holography – basics and applications. Rep. Prog. Phys. 71, (2008), 016102

D. Wolf et al.: Electron holographic tomography. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 17, (2013), 126