Messung am Ort des Geschehens
30.06.2026
Leopoldo Molina-Luna, Professor für Elektronenmikroskopie an der TU Darmstadt, erhält erneut einen „Proof of Concept“-Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC). Er wird damit als erster TU-Forscher zum fünften Mal vom ERC gefördert. Das nun ausgezeichnete Projekt „CALIBRATE“ zielt darauf ab, einen neuen Kalibrierstandard für die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zu etablieren.
Elektronenmikroskope gehören zu den wichtigsten Werkzeugen der modernen Materialforschung. Sie ermöglichen es, Materialien und elektronische Bauteile bis auf die atomare Ebene zu untersuchen. Damit Messergebnisse zuverlässig und weltweit vergleichbar sind, muss die Intensität des Elektronenstrahls am Untersuchungsort exakt bekannt sein. Bislang existiert hierfür jedoch kein allgemein nutzbarer Standard. Die heute verwendeten Verfahren können je nach Mikroskop erhebliche Messfehler verursachen und sind insbesondere für moderne In-situ-Experimente, bei denen Materialien während des Betriebs untersucht werden, nur eingeschränkt geeignet.
Trotz dieser zentralen Bedeutung verfügen heutige TEMs über keine direkte und rückführbare Methode zur Messung des Strahlstroms an der Probenposition. Stattdessen wird der Strom meist indirekt abgeschätzt. Diese Verfahren messen jedoch nicht die Elektronen an der Probe selbst, sondern nur deren Auswirkungen auf Detektoren.
Zwar existieren spezielle Faraday-Becher, die Elektronenströme präzise messen können, doch sind die verfügbaren Lösungen entweder teuer, erfordern spezielle Probenhalter oder lassen sich nicht mit modernen MEMS-basierten In-situ-Experimenten kombinieren. MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) sind winzige Bauelemente im Mikrometerbereich, die kleinste mechanische Strukturen, Sensoren und Elektronik auf einem Chip vereinen.
Entwicklung eines neuen Kalibrierungsstandards
Im nun mit einem „Proof of Concept“-Grant geförderten Projekt CALIBRATE entwickelt Professor Leopoldo Molina-Luna, Leiter des Fachgebiets Advanced Electron Microscopy (AEM) am Fachbereich Material- und Geowissenschaften, einen neuartigen Kalibrierungsstandard direkt auf MEMS-Chips, die bereits in modernen Transmissionselektronenmikroskopen eingesetzt werden. Dazu werden mikroskopisch kleine Faraday-Becher integriert, mit denen sich der Elektronenstrahl unmittelbar am Probenort präzise messen lässt. „Dadurch werden erstmals quantitative Messungen von Elektronenströmen sowie eine exakte Dosiskontrolle während laufender Experimente möglich“, erklärt Molina-Luna.
Die Technologie zielt darauf ab, die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der quantitativen Elektronenmikroskopie zu verbessern und gleichzeitig die Grundlage für einen universell einsetzbaren Kalibrierstandard zu schaffen, der direkt an der Probenposition implementiert werden kann.
Beim Projekt besteht eine enge wissenschaftliche Zusammenarbeit mit der Goethe-Universität Frankfurt, die gemeinsam mit TU Darmstadt und Johannes Gutenberg-Universität Mainz die strategische Allianz der Rhein-Main-Universitäten (RMU) bildet. Darüber hinaus begleiten Industriepartner die Entwicklung hinsichtlich der Validierung der Technologie und einer möglichen späteren Kommerzialisierung.
Mit CALIBRATE erhält Molina-Luna bereits seinen dritten ERC-Proof-of-Concept Grant und gehört damit zu einer kleinen Gruppe von Forschenden in Europa, die mehrfach erfolgreich diese Art von Projekten eingeworben haben.
CALIBRATE baut auf den Erfahrungen aus den PoC-Projekten STARE und BED-TEM auf. Während STARE und BED-TEM neue Ansätze zum Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Maschinellem Lernen in der Elektronenmikroskopie untersuchten, verfolgt CALIBRATE das Ziel, einen weltweit einsetzbaren Kalibrierungsstandard für quantitative In-situ-Elektronenmikroskopie bereitzustellen.
Zur Person
Leopoldo Molina-Luna ist seit März 2020 Professor an der TU Darmstadt und leitet das Fachgebiet Advanced Electron Microscopy (AEM) am Institut für Materialwissenschaft (Fachbereich Material- und Geowissenschaften) sowie das In Situ Microstructural Analytics Lab des Center for Reliability Analytics (CRA). Er ist Mitglied des Forschungsfelds Matter and Materials (M+M).
Er wurde im Fach Physik an der Eberhard Karls Universität Tübingen promoviert und war anschließend als Postdoktorand am Electron Microscopy for Materials Science (EMAT) laboratory der Universität Antwerpen tätig. Im Jahr 2018 erhielt er einen ERC Starting-Grant (für das Projekt FOXON) und 2020 eine ERC-Proof-of-Concept-Grant (für das Projekt STARE) sowie einen MIT-Germany Global Seed Fund. Im Jahr 2023 erkannte der ERC ihm einen Consolidator-Grant für sein Projekt „ELECTRON“ zu, 2024 folgte eine weiterer Proof-of-Concept-Grant für „BED-TEM“. Molina-Lunas aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung fortschrittlicher Elektronenmikroskopieverfahren zum Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Funktionsmaterialien und elektronischen Bauelementen für Energie- und Informationstechnologien.
„Proof of Concept“-Grant
Ein „Proof of Concept“-Grant ist eine Förderung, die die Forschungsgrants des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) ergänzt. Er richtet sich ausschließlich an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bereits einen ERC-Grant innehaben und ein Forschungsergebnis aus ihrem laufenden oder abgeschlossenen Projekt vorkommerziell verwerten möchten. Dies ist der erste Schritt zum Technologie-Transfer. Ziel eines Proof-of-Concept-Projektes soll es sein, das Marktpotential einer solchen Idee zu überprüfen. Der ERC finanziert hiermit also keine Forschungsaktivitäten, sondern Maßnahmen zur Weiterentwicklung im Hinblick auf die Anwendungsreife, Kommerzialisierung oder Vermarktung der Idee.
Molina-Luna/bjb
