Erstmalig in Europa: Fraunhofer-Institut am Weinberg Campus in Halle (Saale) weiht neue Hochleistungs-Mikroskope ein

“Heute ist ein sehr guter Tag für uns”, sagt PD Dr. Christian Schmelzer, Leiter des  Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale), “wir können die Forschung auf eine neue Ebene heben.” Was ihn so froh macht, ist neue Technik, die am Mittwoch eingeweiht wurde. Mit zwei neuen Hochleistungs-Mikroskopen erweitert das Fraunhofer-Institut seine Möglichkeiten zur Untersuchung von Materialien bis auf die atomare Ebene. 

Die innovativen Geräte, darunter das erste Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) seiner Art in Europa, wurden heute feierlich in Betrieb genommen. Sie ermöglichen eine präzisere Analyse und beschleunigen die Entwicklung neuer Werkstoffe, die für Zukunftstechnologien wie künstliche Intelligenz und klimaneutrale Mobilität unerlässlich sind. Anwendungsorientierte Materialforschung ist zentral für die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands. Sie ermöglicht die Entwicklung neuer Materialien als Basis innovativer Produkte und Technologien. Sie findet Lösungen zur Ressourcenschonung. Sie stellt sicher, dass Werkstoffe, Bauteile und Systeme zuverlässig die an sie gestellten Anforderungen erfüllen. 

Am Fraunhofer IMWS liegt der Fokus dabei auf der Untersuchung der Mikrostruktur sowie auf mikrostrukturbasierter Materialund Prozessentwicklung. Mit modernen elektronenmikroskopischen Methoden werden Werkstoffe bis auf die atomare Skala analysiert, sodass ein genaues Verständnis dieser kleinsten Ebene von Materialien möglich wird. Damit lassen sich beispielsweise das Ausfallverhalten von mikroelektronischen Bauelementen aufklären, deren Lebensdauer steigern oder die Nanostruktur von funktionalisierten Materialien im Detail charakterisieren und optimieren.

»Die neuen Hochleistungs-Mikroskope stärken die Innovationskraft am Standort Halle und in ganz Sachsen-Anhalt. Besonders wertvoll ist, dass die Forschungsinfrastruktur des Fraunhofer IMWS auch für Kooperationsprojekte mit Unternehmen zur Verfügung steht. Ein erstes Gemeinschaftsprojekt mit einem mittelständischen Unternehmen ist bereits angelaufen. So fließt exzellente Forschung direkt in wirtschaftliche Wertschöpfung und Arbeitsplätze in unserer Region – das macht Sachsen-Anhalt attraktiv für technologieorientierte Ansiedlungen und Gründungen«, sagt Sven Schulze, Minister für Wirtschaft, Tourismus, Landwirtschaft und Forsten des Landes Sachsen-Anhalt.

Die beiden neuen Hochleistungs-Mikroskope leisten wichtige Beiträge, um den Weg für Zukunftstechnologien wie Kernfusion, Leistungselektronik für klimaneutrale Mobilität oder neuromorphes Computing für KI zu ebnen. Das Fraunhofer IMWS nimmt dabei international eine führende Rolle ein und bietet mit der Inbetriebnahme der beiden Geräte noch bessere Voraussetzungen, seine Auftraggeber mit leistungsfähiger Materialdiagnostik zu unterstützen.

Eine Ionenstrahlpräparationsanlage der besten verfügbaren Leistungsklasse (Helios 5 Hydra UX von Thermo Fisher Scientific) wird am Fraunhofer IMWS für die mikroinvasive und artefaktfreie Probenpräparation sowie zur Erzeugung nanoskaliger Strukturen eingesetzt. Das neue Rastertransmissionselektronenmikroskop (Spectra Ultra von Thermo Fisher Scientific) ist die erste Installation dieser Art in Europa. »Die beiden neuen Geräte heben unsere bereits erstklassigen Möglichkeiten zur Materialdiagnostik noch einmal auf ein neues Niveau. Wir können Proben nun noch detaillierter und schneller als bisher untersuchen und beispielsweise auch besonders strahlungsempfindliche Materialien umfassend analysieren. Auch die Entwicklung neuer Werkstoffe wird dadurch beschleunigt, denn dabei spielt die genaue Kenntnis der Mikrostruktur eine entscheidende Rolle«, sagt Prof. Dr. Thomas Höche, Leiter des Geschäftsfelds »Optische Materialien und Technologien« am Fraunhofer IMWS.

Die Fachleute am Fraunhofer IMWS werden die Geräte etwa für Fragestellungen der Mikroelektronik, optischen Materialien, Kautschukentwicklung sowie Wasserstoff- und Medizintechnik einsetzen. »Hinsichtlich der Sensitivität des Detektionssystems, der Auflösung bei der Bildgebung, der Präzision bei der chemischen Charakterisierung und der Bearbeitungsgeschwindigkeit bieten die neuen Geräte herausragende Möglichkeiten. Das versetzt uns in die Lage, unsere Auftraggeber noch wirkungsvoller zu unterstützen – auch bei technologischen Entwicklungen, die für die nächsten Jahre wegweisend sein werden«, sagt Frank Altmann, Leiter des Geschäftsfelds »Werkstoffe und Bauelemente der Elektronik« am Fraunhofer IMWS.

»Die beiden neuen Geräte werden tragende Säulen unserer Arbeit sein, sowohl für unsere Beiträge in der Entwicklung von Zukunftstechnologien als auch zur Verbindung technologischer Fortschritte mit nachhaltiger Entwicklung auf der Werkstoffebene. Ich bin deshalb sehr dankbar für die Förderung, mit der wir diese bedeutende Erweiterung unserer technischen Ausstattung umsetzen konnten«, sagt PD Dr. Christian Schmelzer, kommissarischer Institutsleiter des Fraunhofer IMWS.

Die Geräte wurden im Vorhaben »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland – Module Quanten- und neuromorphes Computing« (FMD-QNC) beschafft, das mit Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert wird.#