Centre Ernst-Ruska

En tant que plateforme de compétences, l'ER-C a été fondée le 27 janvier 2004 par un contrat signé par le président du centre de recherche de Juliers Joachim Treusch et le recteur de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle Burkhard Rauhut[4]. Il a été inauguré le 18 mai 2006 en présence de membres de la famille d'Ernst Ruska, ainsi que de représentants de la communauté internationale de la microscopie électronique[5]. Le 1^er janvier 2017, l'ER-C a obtenu le statut d'institut scientifique indépendant au sein du centre de recherche de Juliers. L'ER-C se développe actuellement en suivant la feuille de route des infrastructures de recherche du ministère fédéral allemand de l'éducation et de la recherche (BMBF) sous la désignation ER-C 2.0. L'ER-C incite également les entreprises travaillant sur des nouveaux matériaux et des nouvelles technologies à s'installer dans la zone minière rhénane, contribuant ainsi au développement d'une région de compétence pour les matériaux innovants.

Laboratoire annexe de l'ER-C inauguré le 29 septembre 2011 abritant le microscope PICO ainsi que quatre autres microscopes électroniques.

L'ER-C développe de nouvelles méthodes et technologies dans le domaine de la microscopie électronique, en particulier les techniques à haute résolution pour étudier des matériaux à l'état solide, des matériaux mous et des systèmes biologiques. L'ER-C abrite des microscopes électroniques conventionnels et des microscopes à la pointe de la technologie, allant des microscopes électroniques à balayage standards aux instruments hautement spécialisés équipés de correcteurs d'aberrations qui permettent une imagerie et une spectroscopie avec un résolution inférieure à 1 Å[6]. Certains microscopes permettent également d'effectuer des mesures quantitatives de champs électromagnétiques en utilisant des techniques de contraste de phase telles que l'holographie électronique et la STEM quatre-dimensionnelle. L'ER-C exploite actuellement sept instruments équipés de correcteurs d'aberration[7].

Le 29 février 2012, l'ER-C a inauguré le premier microscope électronique à transmission équipé d'un correcteur d'aberrations chromatiques en Europe, dénommé « PICO » et capable de résoudre les colonnes atomiques avec une résolution spatiale de 50 picomètres et une précision approchant 1 picomètre[8]. Il est également équipé d'un monochromateur, d'un biprisme à électrons, d'un spectromètre de perte d'énergie des électrons et d'un détecteur permettant le comptage direct des électrons.

Des mesures in situ et quantitatives du champ électromagnétique peuvent être effectuées à l'aide d'un microscope électronique à transmission équipé d'un correcteur d'aberration sphérique, d'une lentille objectif avec un grand écartement entre les pièces polaires (11 mm), d'un système à double biprismes et d'un détecteur de comptage direct des électrons. Le même microscope est utilisé pour des développements instrumentaux tels que le transfert d'échantillons sous ultra-vide, l'illumination laser, l'aimantation in situ et les expériences à basse température.

Récemment, la cryo-microscopie électronique (cryo-EM) est devenue partie intégrante du Centre Ernst-Ruska avec des cryo-microscopes de pointe : 300 kV Titan Krios G4 (opérationnel à l'été 2021) et 200 kV Talos Arctica équipé d'un détecteur Gatan Bioquantum K3[9].

Le FEI Titan 50-300 PICO est un (S)TEM équipé de correcteurs d'aberrations sphériques et chromatiques, d'un monochromateur, de deux biprismes à électrons et d'un détecteur d'électrons direct après un filtre en énergie post-colonne. Il permet une résolution spatiale inférieure à 50 pm dans les modes TEM et STEM.

Les trois divisions scientifiques de l'ER-C se concentrent sur des thèmes de recherche spécifiques :

1. ERC-1[10] (physique et chimie de l'état solide) se concentre sur les céramiques et les oxydes nanoélectroniques, les matériaux pour l'informatique verte, la cartographie de champs électromagnétiques, l'optique électronique et le développement de méthodes, les alliages métalliques et la croissance cristalline, la catalyse, la nanofabrication et la détection quantique, la microscopie et la spectroscopie à effet tunnel et la microscopie électronique en transmission à balayage résolue en quantité de mouvement.
2. L'ERC-2[11] (science des matériaux) se concentre sur les membranes pour la séparation de gaz, les matériaux pour les batteries, les mémoires non volatiles et les aciers haute performance.
3. L'ERC-3[12] (biologie structurale) se concentre sur la cryomicroscopie électronique (cryo-EM) pour l'étude de particules et de membranes biologiques impliquées dans des processus tels que l'autophagie et l'endocytose.

Les installations sont accessibles aux utilisateurs externes via le bureau des utilisateurs de l'ER-C[13].

• Centre de microscopie et spectroscopie électroniques Ernst-Ruska (ER-C)