Nanobauteile nach Maß

Herstellunng von Nanostrukturen mit neuer Methode in vielfältigen Formen und Materialkombinationen

Nanomaschinen nehmen den Weg von der Vision zur Wirklichkeit, und Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart helfen ihnen dabei jetzt einen guten Schritt voran. Sie haben eine Methode entwickelt, Materialen mit sehr unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften zu vielfältigen Nanostrukturen mit ungewöhnlichen Formen zu kombinieren. Auf einer gekühlten und drehbaren Scheibe züchteten die Wissenschaftler um Peer Fischer aus dem Dampf der Komponenten unter anderem Antennen für sichtbares Licht. Das Verfahren präpariert die Strukturen nicht nur exakter als bisherige Methoden, mit ihm lassen sich in kurzer Zeit parallel auch mehrere Milliarden Nanoelemente produzieren.

Nanospiralen als Lichtantennen: Die winzigen Nanostrukturen lassen sich mit einer neuen Methode sehr präzise und in großer Zahl herstellen. Durch die Abmessungen und die Zusammensetzung der Helices lässt sich steuern, welche Lichtfarbe sie absorbieren. Sie eignen sich um zirkular polarisiertes Licht zu filtern. Foto © Andrew G. Mark/MPG

Einige Vorstellungen, was die Nanotechnologie einmal leisten soll, sind kühn: Winzige Roboter könnten im menschlichen Körper Medikamente zu Krankheitsherden transportieren oder klein genug sein, um in einer menschlichen Zelle zu operieren. Nanomotoren oder Sensoren für Licht oder für Giftstoffe sollen etwa 2.000-mal kleiner sein, als ein menschliches Haar dick ist. Und Information würde auf Datenträgern um ein vielfaches dichter gepackt, als es heute schon möglich ist. Manchen dieser Ziele kommt die Forschung schon recht nah. Nun bringt ein Team um Peer Fischer, Leiter einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, sie noch näher dorthin: „Wir haben einen vielseitigen, präzisen und effizienten Prozess entwickelt, in dem sich dreidimensionale Nanostrukturen aus verschiedenen Materialien nach Maß fertigen lassen“, sagt Peer Fischer. „Bislang ließen sich Strukturen unter 100 Nanometern nur in sehr symmetrischen, vor allem kugeligen Formen erzeugen.“

Mit ihrer neuen Methode stellten die Forscher nanoskopische Stäbchen, Haken, Schrauben und Zickzack-Strukturen her und verarbeiteten dabei Materialien mit sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften – Metalle, Halbleiter, magnetische Materialien und Isolatoren. Als ein Beispiel für mögliche Anwendungen produzierten die Forscher Helices aus Gold, die sich als Nanoantennen für Licht eignen. Welche Lichtfarbe die Antennen absorbieren, lässt sich über deren Form und Zusammensetzung steuern. Mit ihnen lässt sich zirkular polarisiertes Licht filtern, das etwa bei der Projektion von 3D-Filmen verwendet wird. In solchem Licht dreht sich die Schwingungsebene der elektromagnetischen Wellen – nichts anderes ist Licht – im oder gegen den Uhrzeigersinn. Für welche Drehrichtung eine Nanoantenne aus der Fabrikation der Stuttgarter Forscher empfindlich ist, hängt von der Drehung der Goldhelix ab.
Folgt: Auf Goldpartikeln wachsen aus einem Dampfstrom Nanostrukturen