Rund eine Woche ist das 5-tägige ProMINat-Praktikum im Forschungszentrum Jülich nun her. Da ich leider kurz vor Beginn von ProMINat erkrankte, reiste ich erst einen Tag später an. Der Treffpunkt war für mich daher am ersten Tag der Haupteingang am Besucherzentrum des Forschungszentrum Jülich. Dort angekommen dauerte es auch nicht lange bis die am Vortag schon angereisten Teilnehmerinnen und Teilnehmer am Eingang eintrafen. Nach einem ersten Kennenlernen erhielt ich von Jan Schmidt, einem der Organisatoren von ProMINat, die Info, dass ich am Ernst Ruska Centrum angenommen wurde. Dies war mein erster Wunsch bei der Institutswahl, daher freute ich mich sehr darüber.
Es folgte eine Info-Veranstaltung am JuLab, sowie eine allgemeine Sicherheitseinweisung. Abgerundet wurde der Vormittag des ersten Tages mit einer geführten Fahrradtour über den Campus des Forschungszentrums. Vorgestellt wurden unter anderem der schnellste Supercomputer Europas „Jupiter“ sowie zahlreiche Institute oder auch Agri-Photovoltaik Anlagen die zu Versuchszwecken genutzt werden.
Besonders beeindruckt hat mich, dass das Forschungszentrum wie eine eigene kleine, von der Außenwelt abgeschnittene Kleinstadt aufgebaut ist. Es gibt eine eigene Werkfeuerwehr, einen Notarzt und einen Betriebsarzt mit eigenen Behandlungsräumen um nur ein paar Beispiele zu nennen.
Nach einem gemeinsamen Mittagessen wurde ich von meiner Betreuerin Lidia abgeholt. Auf dem Weg zum Ernst Ruska Centrum sprachen wir über ihren und meinen Werdegang. Dabei konnte sie mir einige Sorgen bezüglich meines eventuell geplanten Physikstudiums, insbesondere im Hinblick auf die hohen (mathematischen) Anforderungen nehmen, und ermutigte mich, diesen Weg einzuschlagen. Dieses Gespräch hat mich nachhaltig geprägt und mich in Kombination mit den Erfahrungen dieser ereignisreichen Woche dazu bewogen, mich für ein Physikstudium einzuschreiben.
Das Ernst-Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C) ist nach dem Nobelpreisträger Ernst Ruska benannt, welcher zusammen mit Max Knoll das erste Elektronenmikroskop konstruierte. Dort angekommen, führte mich Lidia in ihr Büro und gab mir einen ersten Einblick in die Arbeit mit Elektronenmikroskopen. Grob gesagt werden aus einer oben im Elektronenmikroskop befindlichen Elektronenquelle Elektronen herausgelöst und durch eine hohe Spannung beschleunigt. Durch elektromagnetische Linsen wird der Elektronenstrahl fokussiert und trifft auf die Probe im Vakuum der Probenkammer. Dass hier ein Vakuum herrscht ist wichtig, da die Elektronen ansonsten durch Atome in der Luft abgelenkt werden können. Da Elektronen eine kürzere Wellenlänge als sichtbares Licht haben, können Elektronenmikroskope Strukturen sichtbar machen, welche weit unter der Auflösungsgrenze eines normalen Lichtmikro-
skopes liegen.
Nach dieser kleinen Einführung in die Elektronenmikroskopie wurde ich mit zwei Schülerpraktikantinnen bekannt gemacht, mit welchen ich die meiste Zeit des Praktikums zusammen absolvieren würde. Dann ging es auch schon zu dem ersten Elektronenmikroskop. Es handelte sich genauer gesagt um ein Raster-Elektronenmikroskop, kurz
REM. Mit dieser Art von Elektronenmikroskopen lässt sich die Oberfläche der Probe abbilden. Der Elektronenstrahl wird rasterförmig über die Probe geführt. Dabei entstehen zwei Arten von Signalen: Elektronen die aus der Probenoberfläche herausgeschlagen werden (sog. Sekundärelektronen) und Elektronen aus dem Elektronenstrahl die von der Probe zurückgestreut werden (sog. Rückstreuelektronen). Im Anschluss können die Elektronen durch verschiedene Detektoren innerhalb des Geräts registriert werden, und am Computer kommt ein Bild zustande. Lidia hatte bereits einige Proben
vorbereitet, welche wir in die Kammer des REM einsetzen durften. Als die Pumpe das Vakuum in der Probenkammer hergestellt hatte, erhielten wir die außerordentlich spannende Möglichkeit das REM über den Computer selbst zu bedienen und uns die Proben im Detail anzuschauen. Zur Auswahl standen eine tote Zecke, ein präpariertes
Stück eines Zahns und Blütenpollen. Diese Präparate mit einem Elektronenmikroskop zu begutachten hat mich sehr beeindruckt. Strukturen und Konturen kamen zum Vorschein, welche man ohne diese faszinierende Technik niemals im Stande wäre selbst zu begutachten. Nun kam der nächste Schritt: Wir durften unsere eigene Probe herstellen um sie im Anschluss unter dem REM begutachten zu dürfen. Die Probe: unsere Haare. Nach erfolgreicher Probenentnahme mussten diese allerdings erst in einem speziellen Gerät mittels Gas und einer Goldplatte vergoldet werden, um sie leitfähig zu machen. Im Anschluss die Probe in die Probenkammer einsetzen, am Computer noch die richtige Stelle anpeilen und fokussieren,- fertig war das Bild meines Haares. Zusätzlich war es möglich den Durchmesser des Haares sowie der Haarwurzel zu bestimmen
Der erste Tag endete im Haus Overbach, unserer Unterkunft für die Dauer des Projekts. Abends lernte ich die anderen Teilnehmerinnen und Teilnehmer besser kennen, es gab viele interessante Gespräche, und im Rahmen einer Tages-Abschlussrunde durfte jeder die am heutigen Tag gesammelten Erfahrungen der Gruppe präsentieren.
In den nächsten Tagen bekam ich durch Lidia und ihre Kolleginnen und Kollegen zahlreiche Einblicke in die sonstige Arbeit des ER-C. So erhielten die Schülerpraktikantinnen und ich die Möglichkeit bei der manuellen Probenpräparation selbst tätig zu werden. Dabei wird eine Materialprobe manuell mit Hilfe von Gerätschaften bis zu einer Dicke von rund 100 Mikrometern geschliffen und poliert. Im Anschluss wird in die Mitte der Probe eine Mulde geschliffen, die in ihrem Zentrum nur einige Mikrometer dick ist.
Danach wird sie aber noch weiterbearbeitet, um im Elektronenmikroskop eingesetzt werden zu können. Eine andere Methode ist die Probenpräparation in der sogenannten FIB (Focused Ion Beam). Das dafür genutzte Gerät ist im Grunde ein Raster-Elektronenmikroskop (REM) mit einer zusätzlichen Ionensäule. Diese ermöglicht es, unter zeitgleicher Beobachtung durch das REM präzise Schnitte an der Probe vorzunehmen.
Auch die riesigen Transmissions-Elektronenmikroskope (TEM), wie zum Beispiel das am ER-C betriebene „PICO“ zu begutachten, und ihre Funktionsweise erklärt zu bekommen hat bei mir einen nachhaltigen Eindruck hinterlassen. Mit ihnen ist es möglich, Auflösungen von bis zu 50 Pikometern (1pm=10-12m) zu erhalten. Anders als bei REMs
durchdringen die Elektronen hier die Probe, daher muss diese auch extrem dünn sein (im Nanometer-Bereich). So werden auch Informationen über die innere Struktur von Materialien geliefert, während REMs nur die Oberfläche abbilden. Da TEMs wie „PICO“ eine derart hohe Auflösung erreichen, ist es möglich mit dieser Art von Elektronenmi-
kroskopen Bilder von Atomen aufzunehmen. Einige davon konnten wir in den Fluren des ER-C selbst bestaunen.
Auch außerhalb der Elektronenmikroskope und des Labors bekam ich die Möglichkeit sehr viele spannende Eindrücke zu sammeln, viele davon im direkten Gespräch mit Lidia und ihren Kolleginnen und Kollegen. Zu jeder Zeit konnte ich Fragen stellen und mein Wissen erweitern. Auch der Austausch mit den anderen ProMINat Teilnehmerinnen und Teilnehmern war sehr inspirierend für mich.
Die Woche am Forschungszentrum Jülich hat mir viele wertvolle Erfahrungen gebracht, die mir einen echten Einblick in den Forschungsalltag gegeben, und mich in meiner Entscheidung, Physik zu studieren, sehr bestärkt haben. Auch der Gedanke später einmal selber in der Forschung zu arbeiten ist um ein vielfaches greifbarer geworden.
Allen, die überlegen sich für ProMINat zu bewerben, kann ich es nur empfehlen.
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