Wissenschaftlern gelingt es, immer kleinere Strukturen herzustellen: Da gibt es winzige Drähte, die nur wenige Atomdurchmesser dick sind, Röhrchen, die tausendmal dünner sind als ein menschliches Haar, und Partikel, gegenüber denen Viren und Bakterien gleichsam wie Riesen erscheinen. Während auf diese Weise die Abmessungen zusehends schrumpfen, interessieren sich Forscher vor allem für die Materialeigenschaften der Winzlinge. Denn zum einen sagt die Theorie für derartig kleine Strukturen gänzlich anderes physikalisches Verhalten voraus, und zum anderen ließ sich dergleichen auch bereits im Experiment nachweisen. Darcy Hughes von den Sandia National Laboratories beschreibt die Situation folgendermaßen: "Die Leute arbeiten an immer kleineren Strukturen, da stellt sich doch die Frage: Gelten die Regeln, die wir von durchschnittlich großen Strukturen kennen, auch noch im Kleinen?"

Um dies zu klären, zogen Hughes und Niels Hansen vom Risø Laboratory in Roskilde unter Druck einen Stahlstab über einen Kupferblock. Durch die Belastung sollte es zu feinen Rissen im Material kommen, die auf diese Weise kleine kristalline Bereiche voneinander abgrenzen. Um das Resultat zu begutachten, musste der Block in dünne Scheiben geschnitten werden, die sich im Transmissions-Elektronen-Mikroskop (TEM) durchstrahlen und untersuchen lassen. Da allerdings ein Schneidevorgang auf mechanischem Wege die mikroskopischen Deformationen des Materials erneut durcheinander gebracht hätte, schnitten die Forscher mit einem Ionenstrahl ein passendes Stückchen heraus.

So konnten sich Hughes und Hansen eine dünne Kupferprobe im Querschnitt im TEM ansehen. Sie stellten dabei fest, dass tatsächlich ein Muster aus Rissen das ganze Material durchzog, wobei die von den Rissen umschlossenen Bereiche – die Kristallite – im größer wurden, umso tiefere Regionen sie im Kupfer untersuchten. Derartige Risse und Strukturfehler im Kristall bestimmen die physikalischen Eigenschaften eines Materials, wie beispielsweise dessen Stärke und Verformbarkeit. Ein genauerer Blick zeigte, dass die Kristallite an der Oberfläche des Kupfers genauso geformt waren wie tief im Material, nur eben kleiner. Eigentlich hatten die Forscher erwartet, dass das Muster ganz anders aussieht, wenn man zu kleineren Abmessungen kommt und somit andere Eigenschaften des Kupfers widerspiegelt. Wie Hughes und Hansen zeigen konnten, blieb das Aussehen jedoch unverändert, selbst bei kleinsten Abmessungen der Kristallite zwischen drei und zehn Nanometern.

Nun scheint dieses unerwartete Verhalten von Kupfer sogar ganz praktisch zu sein. Denn Wilhelm Wolfer vom Lawrence Livermore National Laboratory meint, dass die Arbeit von Hughes und Hansen zu Methoden führen könnten, mit denen sich gezielt Mikrostrukturen in Materialien herstellen lassen.