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Aus dem Nanokosmos ans Tageslicht: Diplomand Thomas
Baumgärtel und Dr. Harald Graaf (v.r.) beobachten ihre selbst
hergestellten Nanostrukturen mit einem höchst präzisen Messaufbau
Mit viel Fingerspitzengefühl justiert Diplomand
Thomas Baumgärtel den Laserstrahl, der die Nanostrukturen zum
Leuchten bringt.
Fotos: Uwe Meinhold
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Dass in Zukunft kein Weg mehr an der Nanotechnologie vorbeiführen wird,
da sind sich die Wissenschaftler einig - eine praktische Anwendung ist
die Signalverarbeitung in logischen Strukturen. Bisher läuft sie mit
elektrischen Signalen, doch hier lässt sich die Geschwindigkeit nicht
mehr steigern. Damit Computerrechner trotzdem immer schneller arbeiten
können, muss ein Ersatz für die elektrischen Signale her. Eine
Möglichkeit: der Einsatz von Photonen. Photonen sind die Bausteine der
elektromagnetischen Strahlung, die sowohl Teilchen- als auch
Welleneigenschaften besitzen. Zur elektromagnetischen Strahlung gehört
auch das für das menschliche Auge sichtbare Licht.
Damit diese so genannte optische
Signalverarbeitung funktioniert, müssen auf den Oberflächen der
Bauteile Strukturen aufgebracht werden, die Photonen aufnehmen und
abgeben können. Doch welche Materialien eigenen sich dafür? Dieser
Frage gehen derzeit Physiker der TU Chemnitz nach. "Präparation und
Charakterisierung ein- und zweidimensionaler optisch aktiver
Nanostrukturen mittels Rastersondenlithographie" heißt ihr Projekt,
das die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) für eine Laufzeit von
drei Jahren mit rund 190.000 Euro fördert. Mit diesem Geld wird unter
anderem ein Diplomand der Professur als wissenschaftlicher Mitarbeiter
in das Projekt übernommen. Außerdem wird ein Rasterkraftmikroskop
finanziert, das es ermöglicht, Oberflächen mittels Nanolithographie zu
bearbeiten. Bei diesem Verfahren wird auf eine sehr glatte Oberfläche
- die Chemnitzer Forscher arbeiten mit Silizium - eine dünne so
genannte organische Schicht aufgebracht. Diese verhindert, dass das
Silizium an der Luft mit dem Sauerstoff eine Verbindung eingeht und
oxidiert. Anschließend fährt die nanometerfeine Spitze des
Rasterkraftmikroskops über die Oberfläche. Wird an sie eine Spannung
angelegt, so wird genau an dieser Stelle Sauerstoff durch die
organische Schicht transportiert. Erreicht der Sauerstoff das
darunterliegende Silizium so wird dieses zu Siliziumoxid oxidiert. An
diese Siliziumoxidstrukturen auf der Oberfläche binden die
Wissenschaftler in einem weiteren Schritt einen in Wasser gelösten
Farbstoff - ein so genanntes optisch aktives Material. Das lässt sich,
wenn es beispielsweise von Laserlicht angestrahlt wird, anregen und
leuchtet nun. Dieses Leuchten kann so genau gesteuert werden, dass es
als optisches Signal dienen kann. "Wir suchen im Rahmen des Projektes
zum einen geeignete Farbstoffe. Zum anderen erforschen wir die
hergestellten Strukturen, zum Beispiel hinsichtlich ihrer
Haltbarkeit", erklärt Graaf. "Wir planen eine Kooperation mit der
Juniorprofessur Nichtklassische Synthesemethoden, weil die Forschung
einige chemische Themen anschneidet. Da holen wir uns dann Experten
aus dem eigenen Haus mit ins Boot."
Mit Hilfe der Nanolithographie haben die Chemnitzer Wissenschaftler im
vergangenen Jahr bereits das damals kleinste Fußballfeld der Welt
hergestellt - es ist so winzig, dass es etwa 1.000 Mal auf die
Querschnittsfläche eines menschlichen Haares passt. "Die dabei
gesammelten Erfahrungen mit dieser Technik bringen wir jetzt in das
neue Projekt mit ein. Damals haben wir bereits nanometergroße
Strukturen auf Oberflächen aufgebracht, diesmal binden wir an diese
Strukturen noch Farbstoffe und bringen sie damit zum Leuchten", zeigt
Prof. Dr. Christian von Borczyskowski, Inhaber der Professur Optische
Spektroskopie und Molekülphysik, den Fortschritt der Forschung auf.
"Weltweit wird an der Nanotechnologie geforscht - aber es wird sehr
wenig veröffentlicht, da noch nicht immer sicher ist, dass die
Ergebnisse ausreichend fundiert sind", so Dr. Harald Graaf. "Es gibt
bei diesem Forschungsgebiet noch viel Ungewissheit und damit immer
neue Probleme - aber das ist auch gerade die Herausforderung!" Dieser
Herausforderung können sich auch die Chemnitzer Physikstudenten
stellen. Sie reisen dabei nicht nur in den spannenden Nanokosmos,
sondern auch in eine zukunftsweisende Arbeitswelt.
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