News: Werkzeugnachschub für die Nano-Montagehalle
Sollte doch nicht so schwer sein, für die Montage winziger Nanomaschinen ausreichend Konstruktionsmaterial heranzuschaffen. Klappt aber trotzdem schlecht: Zu viel ist zu viel – angemessene Minimengen müssen extrem präzise platziert werden.
© (Ausschnitt)
Manche Dinge sind auch in Nanotechnik-Welten nicht anders als im makroskopischen Leben – etwa, dass Praktiker stets gezwungen sind, den Theoretikern, Visionären und Fantasten etwas grummelnd hinterher zu hinken. Gut, murmeln die unfreiwilligen Nachzügler – Nanotechnologie wird unser Leben dereinst umkrempeln. Ja, schön sich vorzustellen, welche Segnungen sie bringen wird. Nur: Fein würde es sein, schon heute den notwendigen Werkzeugkasten zur Verfügung zu haben, mit dem beliebige winzige Wundermaschinen im Milliardstel-Millimeter-Maßstab wirklich komfortabel aus ihren Einzelteilen zusammengebastelt werden können.
Es mangelt eben weniger an Konstruktionsideen in der Nanotechnik als an effizientem Handwerkszeug zu ihrer Umsetzung. Ausreichend präzise sind gängige Manipulationsmethoden dabei durchaus schon: Längst gelingt es etwa mit Rastertunnel-Mikroskopen (scanning tunnel microscope, STM), einzelne Atome auf einer möglichst sauberen Nanokonstruktionsoberfläche hin- und her zu schieben und exakt dort zu platzieren, wo man sie haben möchte. Präzise genug – aber auch elend langsam, und alle Atome müssen zunächst einzeln irgendwie angekarrt werden. Montage-Effizienz sieht jedenfalls anders aus.
Was fehlt, ist eine Art Fließband für die Nano-Werkhalle, ein Mechanismus, der ausreichend Baumaterial punktgenau an verschiedene nachschubhungrige Montageplätze einer entstehenden Minimaschine heranschafft. Ein solches Fließband glauben Chris Regan von der Universität von Kalifornien in Berkeley und seine Kollegen nun entwickelt zu haben.
Grundlage ihrer Konstruktion sind Kohlenstoff-Nanoröhrenbündel von rund drei Mikrometer Länge, welche die Forscher zunächst mit gasförmigem Indium bedampften – beim Abkühlen erstarrt das Metall in festen Tröpfchen verteilt auf der Röhrenoberfläche. Unter elektronenmikroskopischer Beobachtung legten die Forscher dann mit Hilfe winziger Elektroden an den Nanoröhrchen elektrische Spannung an und heizten sie damit zugleich auf.
Die Indium-Tröpfchen auf den Röhrchenhüllen schmolzen durch die Elektrohitze – und wurden, wie die Mikroskopbeobachtung offenbarte, zugleich flugs zielstrebig beweglich: Die Masse der Indiumtröpfchen wanderte, in einer durch die angelegte Spannung festgelegten Richtung entlang der Nanoröhren-Oberfläche; eine Spannungsumkehr ließ sie dagegen prompt kehrtmachen. Höhere Spannungen beschleunigten die Netto-Wandergeschwindigkeit des auf die Nanoröhren aufgetragenen Metallmaterials.
Und das, freut sich Regan, funktioniert nicht nur mit Indium sondern auch mit Gold, Platin oder Zinn und so mancher Legierung. Die bedampften Röhrchenbündeln würden damit zu einem idealen Nano-Lötkolben: Spannungsreguliert seien beliebige Mengen verschiedenster metallischer "Lötzinn"-Materialien gezielt mit der Nanoröhrchen-Spitze applizierbar – unterschiedliche Konstruktionsteile künftiger komplizierter Nanomaschinen können mit so einem Werkzeug sicher einfacher zusammenmontiert werden, und größere Mengen jedweden atomaren Baumaterials ganz einfach wie per Fließband antransportiert werden.
Bleibt nur die Frage, wie der praktische Fließband-Lötkolben eigentlich prinzipiell funktioniert. Eine ultimative Antwort hat Regan nicht parat: Nachdem die Metallmassen stets in Kathodenrichtung wanderten, müssen sie eine positive Nettoladung tragen – vielleicht gibt das Metall beim Anlegen der Spannung Elektronen an die Nanoröhrchen-Oberfläche ab? Eine letztlich noch ungeklärte Frage, eben. Endlich auch wieder etwas für die Theoretiker.
Es mangelt eben weniger an Konstruktionsideen in der Nanotechnik als an effizientem Handwerkszeug zu ihrer Umsetzung. Ausreichend präzise sind gängige Manipulationsmethoden dabei durchaus schon: Längst gelingt es etwa mit Rastertunnel-Mikroskopen (scanning tunnel microscope, STM), einzelne Atome auf einer möglichst sauberen Nanokonstruktionsoberfläche hin- und her zu schieben und exakt dort zu platzieren, wo man sie haben möchte. Präzise genug – aber auch elend langsam, und alle Atome müssen zunächst einzeln irgendwie angekarrt werden. Montage-Effizienz sieht jedenfalls anders aus.
Was fehlt, ist eine Art Fließband für die Nano-Werkhalle, ein Mechanismus, der ausreichend Baumaterial punktgenau an verschiedene nachschubhungrige Montageplätze einer entstehenden Minimaschine heranschafft. Ein solches Fließband glauben Chris Regan von der Universität von Kalifornien in Berkeley und seine Kollegen nun entwickelt zu haben.
Grundlage ihrer Konstruktion sind Kohlenstoff-Nanoröhrenbündel von rund drei Mikrometer Länge, welche die Forscher zunächst mit gasförmigem Indium bedampften – beim Abkühlen erstarrt das Metall in festen Tröpfchen verteilt auf der Röhrenoberfläche. Unter elektronenmikroskopischer Beobachtung legten die Forscher dann mit Hilfe winziger Elektroden an den Nanoröhrchen elektrische Spannung an und heizten sie damit zugleich auf.
Die Indium-Tröpfchen auf den Röhrchenhüllen schmolzen durch die Elektrohitze – und wurden, wie die Mikroskopbeobachtung offenbarte, zugleich flugs zielstrebig beweglich: Die Masse der Indiumtröpfchen wanderte, in einer durch die angelegte Spannung festgelegten Richtung entlang der Nanoröhren-Oberfläche; eine Spannungsumkehr ließ sie dagegen prompt kehrtmachen. Höhere Spannungen beschleunigten die Netto-Wandergeschwindigkeit des auf die Nanoröhren aufgetragenen Metallmaterials.
Und das, freut sich Regan, funktioniert nicht nur mit Indium sondern auch mit Gold, Platin oder Zinn und so mancher Legierung. Die bedampften Röhrchenbündeln würden damit zu einem idealen Nano-Lötkolben: Spannungsreguliert seien beliebige Mengen verschiedenster metallischer "Lötzinn"-Materialien gezielt mit der Nanoröhrchen-Spitze applizierbar – unterschiedliche Konstruktionsteile künftiger komplizierter Nanomaschinen können mit so einem Werkzeug sicher einfacher zusammenmontiert werden, und größere Mengen jedweden atomaren Baumaterials ganz einfach wie per Fließband antransportiert werden.
Bleibt nur die Frage, wie der praktische Fließband-Lötkolben eigentlich prinzipiell funktioniert. Eine ultimative Antwort hat Regan nicht parat: Nachdem die Metallmassen stets in Kathodenrichtung wanderten, müssen sie eine positive Nettoladung tragen – vielleicht gibt das Metall beim Anlegen der Spannung Elektronen an die Nanoröhrchen-Oberfläche ab? Eine letztlich noch ungeklärte Frage, eben. Endlich auch wieder etwas für die Theoretiker.
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.