Winzige Maschinen, die nur mit einem Mikroskop zu erkennen sind, könnten Realität werden. Für maßgeschneiderte Bauteile im Nanobereich erhalten drei Wissenschaftler jetzt den Philip-Morris-Forschungspreis.
Von unserem Redaktionsmitglied Simone Reimann – simone.reimann@konradin.de
Das Projekt, für das die Preisträger des diesjährigen Philip-Morris-Forschungspreises Dr. Oliver Schmidt und seine Kollegen Dr. Karl Eberl und Christoph Deneke ausgezeichnet werden, erinnert an die japanische Papierfaltkunst Origami. Der Unterschied: Die Wissenschaftler arbeiten im Nanobereich, in atomaren Maßstäben, die einige 1000 Mal kleiner als der Durchmesser eines Haares sind. In dieser Dimension falten die Forscher winzige Bauteile wie Röhren, Stangen, Membranen oder Pipelines.
Auf der Basis ihrer Ergebnisse könnten Unternehmen eines Tages ganze Motoren und komplizierte Maschinen kon-struieren, die nicht größer als ein Fingernagel sind und beispielsweise chemische Analysen durchführen. „In der Welt der Nanotechnik versagen alle Werkzeuge, die bisher benutzt wurden“, meint der Preisträger Oliver Schmidt. Zukünftig würden neue Verfahren gebraucht, um solche kleinsten Bauteile präzise zu fertigen, zu positionieren und zu verbinden, unterstreicht er den Ansatz seines Forschungsprojekts.
Den entscheidenden Geistesblitz für die Fertigung der kleinsten Teilchen hatte der 30-jährige Physiker vom Stuttgarter Max-Planck-Institut für Festkörperforschung im Juni 2000 auf einer Fachkonferenz in St. Petersburg. Eine russische Gruppe aus Nowosibirsk brachte ihn durch einen Vortrag auf die Idee, dünne Schichten von Oberflächen zu lösen und daraus Nano-Objekte aus verschiedenen Materialien und in verschiedenen Größen zu rollen, zu biegen und zu falten. Das, was dabei geschieht, ähnelt dem Ziehen eines Blattes Papier über eine Kante: Durch die unterschiedliche Spannung der Schichten rollt sich die Folie wie eine Feder ein und bildet nach der vollständigen Rotation ein Nano-röhrchen. Das Ergebnis ist eine kleine Röhre, die man nur mit dem Mikroskop sehen kann. „Wir haben schon Nanotubes hergestellt, die sich bis zu 30 Mal aufrollen“, sagt Schmidt. Die von der Oberfläche abgelösten Schichten lassen sich aber auf ähnliche Weise in verschiedenste Formen biegen und falten. Für Schmidt ist das Origami-Technik im Kleinstbereich.
Obwohl die Teilchen mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen sind, lassen sich ihre Abmessungen und Positionen exakt vorausbestimmen. „Wir können beispielsweise an einer bestimmten Stelle der Substrat-Oberfläche einen Nano-Schlitz einritzen, der zum Ausgangspunkt des Nanotube würde“, so Schmidt.
Bei der Entwicklung der Bauteile haben die Stuttgarter das Prinzip der physikalischen Selbstorganisation von Atomen mit konventionellen Strukturierungsmethoden wie Lithografie oder Ätzverfahren kombiniert. Auf diese Weise können sie auch kristallin perfekte Nanoinseln gezielt auf eine Oberfläche positionieren. Mit diesem Verfahren wird nach Meinung der Forscher der Weg frei, um verbesserte Transistoren herzustellen, welche Eigenschaften dieser Nanostrukturen nutzen.
Nanobauteile – Pipelines für eine Mini-Fabrik
Die Nanotechnik, die heute noch am Anfang ihrer Entwicklung steht, birgt ein ähnlich großes Potenzial wie die Mikrotechnik, durch welche erst die Revolution im Computerbereich möglich wurde – da sind sich Experten sicher. Die Nanoröhrchen könnten in der Zukunft zum Beispiel als Pipe-lines in eine Chemiefabrik eingebaut werden, die nur so groß wie ein Fingernagel ist, oder in Analysesystemen selbsttätig durch den Kapillareffekt Flüssigkeiten ansaugen. Mit den entsprechenden elektrischen Eigenschaften versehen, wären sie auch als Spulen oder als Nano-Kondensatoren für vielfach kleinere elektronische Schaltungen geeignet, als wir sie heute kennen.
Der Philip-Morris-Forschungspreis wird den Preisträgern am 9. Juni in München verliehen.
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