Reise in die Nanowelt

In einer visionären Rede vor der "American Physical Society" fragte sich der amerikanische Physiker Richard Feynman, ob es nicht möglich wäre, die gesamte "Encyclopedia Brittanica" auf den Kopf einer Stecknadel zu schreiben. Und nach ein paar Berechnungen stellte Feynman  sogar die These auf, dass theoretisch die gesamte Weltliteratur in einem dreidimensionalen Stück Materie gespeichert werden könne, das gerade so groß ist, wie ein Staubkorn. Seine Überlegungen fasste er in einem Satz zusammen: "There is plenty of room at the bottom". Der Nobelpreisträger Feynman wurde mit dieser Rede zum ersten Visionär der Nanotechnologie.

Eine Stufe aus Silizium. Die kleinen Punkte sind einzelne Atome.

In der Nanotechnologie dreht sich alles um die Erforschung und die Kontrolle kleinster Strukturen in der Welt der Atome und Moleküle. Ein einzelnes Atom ist etwa ein zehntel Nanometer groß. Zum Vergleich: Ein Meter verhält sich zu einem Nanometer, wie der Durchmesser unseres Erdballs zu dem einer Haselnuss. Bei der Größe von 100 Nanometern beginnt die Nanowelt, eine fließende Grenze. In diesem Nanokosmos gelten andere Gesetze als in unserer Alltagswelt.

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  Kleine Partikel haben besondere Eigenschaften. Experimente zu großen Oberflächen.

Es macht sich zum Beispiel der so genannte Tunneleffekt bemerkbar. Auf Computerchips sind die Leiterbahnen, auf denen die Elektronen fließen nur durch hauchdünne Isolierschichten voneinander getrennt. Ist diese Barriere nur wenige Nanometer dick so können die Elektronen ab und zu durch sie "hindurchtunneln". Dabei schlüpfen sie nicht durch ein kleines Loch, sondern tauchen einfach auf der anderen Seite auf. In unserer alltäglichen Erfahrung erscheint das verrückt. In der Nanowelt ist es völlig normal.


Teilchen, die nur wenige Nanometer groß sind, nennt man Nanopartikel. Auch sie haben außergewöhnliche Eigenschaften. Im Verhältnis zu ihrem Volumen haben sie eine riesige Oberfläche. Deshalb können Schichten aus Nanopartikeln extrem hart und kratzfest sein. Der Grund: Die Haftkraft und die Bindung anderer Partikel hängt direkt mit der Größe der Oberfläche zusammen.