Die Schweiz stösst zum Atom vor

swissinfo.ch

Mikroskope, die vor über 20 Jahren in Zürich entwickelt wurden, machten die Schweiz zur Vorreiterin der nanowissenschaftlichen Revolution.

1981 erfanden Wissenschaftler am IBM-Forschungslabor in Zürich das Raster-Tunnelmikroskop, mit dem sie zum ersten Mal individuelle Moleküle und Atome sehen konnten.

Dafür erhielten sie den Nobelpreis, und dies wiederum eröffnete ihnen neue Möglichkeiten, die Struktur der Materie zu studieren. Nanowissenschaftler befassen sich mit Objekten, deren Querschnitt gerade mal ein paar Nanometer (Millionstelmillimeter) misst.

Aufregende Entdeckung

“Mein erster Blick auf ein Atom jagte mir Schauder über den Rücken”, erzählt Christoph Gerber von IBM Zürich, der zusammen mit Gerd Binnig und Heinrich Rohrer diesen Erfolg errang. “Es war unglaublich, zum ersten Mal ein Atom dreidimensional zu sehen.”

Gerber gehört zu einer 20-köpfigen Schweizer Delegation von Wissenschaftlern und Geschäftsleuten, welche zur Zeit eine Tournee durch die USA machen, um das Schweizer Know-how in Nanotechnologie vorzustellen.

Laut Gerber hat die Schweiz sich bei der Produktion von Instrumenten für die “Nano-Zeit” ihre Wettbewerbsfähigkeit bewahrt.

“Wir sind in Grundlagenphysik nach wie vor führend. Mit diesen Instrumenten am biochemischen Institut der Universität Basel war es möglich, zum ersten Mal zu zeigen, wie eine Zellmembran funktioniert.

Man kann buchstäblich Leben sehen, das ist faszinierend. Durch den Einsatz dieser Instrumente haben wir deshalb noch immer einen grossen Vorsprung.”

Neue Vision

Das Prinzip des Raster-Tunnelmikroskops (STM) unterscheidet sich vollständig von jenem anderer Mikroskope.

Um ein Bild zu erhalten, nutzt das STM einen quantenmechanischen Effekt, den Rastertunnel. Wenn eine scharfe Spitze bis einen Nanometer an eine Oberfläche herangebracht wird, fliesst ganz wenig Strom dazwischen.

Indem die Spitze in einem konstanten Abstand über die Fläche geführt wird und durch die Aufzeichnung ihrer Bewegungen erhalten die Forscher auf einem Computerbildschirm ein Abbild der Oberfläche. Und noch immer werden neue Variationen dieses Geräts entwickelt.

“Es machte die Nanowelt sichtbar”, so Gerber. “Die Wissenschaft erhielt eine viel breitere Sicht auf alles, was auf Nanogrösse geschieht, ganz einfach weil man es sehen kann. Nicht alle Wissenschaftler sind wie Albert Einstein, der sich die Dinge abstrakt vorstellen konnte.”

Ein Instrument mit der erforderlichen Präzision und Stabilität herzustellen war sehr schwierig. Um störende Vibrationen aus der Umgebung auszuschalten, setzte das Team das Mikroskop auf einem schweren ständigen Magneten zusammen, der frei in einer Schale mit superleitendem Blei schwebte.

Revolution im Aufbau

Dank der Entwicklung des Raster-Tunnelmikroskops konnten die Wissenschaftler nicht nur individuelle Moleküle und Atome sehen, sie konnten diese auch verschieben.

Die Möglichkeit, die Atomstruktur von Oberflächen zu studieren, ist ein wichtiger Teil der Physik, der besonders in der Halbleiterphysik und der Mikroelektronik zur Anwendung kommt. In der Chemie spielen Oberflächenreaktionen eine wichtige Rolle in Prozessen wie der Katalyse.

“Im Moment werden weltweit Bemühungen unternommen, um die Nanowissenschaft auf eine solide Grundlage zu stellen, und daraus wird natürlich unausweichlich eine neue Technologie entstehen”, meint Gerber.

“Ich benutze das Wort Nanotechnologie eher ungern, denn was wir heute machen, ist eigentlich Nanowissenschaft. Nanotechnologie wurde in den letzten Jahren zum grossen Schlagwort in Wissenschaft und Politik, und das könnte ein falsches Bild geben. Es wird unzweifelhaft die Welt revolutionieren, aber so weit sind wir noch nicht.”

Vincent Landon