Das Schweizer Messer der Nanowelt

Porträt aus dem Jahr 1986: Gerd Binning.

Mit einem verblüffend einfachen Gerät gelang 1981 zwei Forscher der Computerfirma  IBM etwas, was davor niemand für möglich gehalten hatte: einzelne Atome zu sehen. Eigentlich wollten der Deutsche Gerd Binnig und der Schweizer Heinrich Rohrer nur Oberflächen untersuchen und das auf möglichst kleinem Maßstab. Heraus kam ein Mikroskop, das einzelne Atome abbilden kann - das Rastertunnelmikroskop. Das Prinzip: Eine hauchfeine Nadel wird langsam der Probe genähert. Ist die Lücke zischen Spitze und Oberfläche geringer als ein Nanometer, so beginnt ein Strom zu fließen. Dieser berührungslose Stromfluss ist eine Besonderheit der Nanowelt und wird Tunnelstrom genannt. Die Spitze wird nun zeilenweise über die Probe geführt, und zwar so, dass der Tunnelstrom konstant bleibt. Die Nadel bleibt also immer im gleichen Abstand zur Probe. Ein Computer zeichnet die Hebe- und Senkbewegungen auf, die nötig sind um den Abstand konstant zu halten und erhält so ein exaktes Höhenprofil der Oberfläche.

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  Der Draht zu den Atomen. Animation zum Prinzip des Rastertunnel- mikroskops.

Das Rastertunnelmikroskop wurde rasch weiter entwickelt. Eine ganze Familie von Mikroskopen entstand und mittlerweile können nicht nur hochgenaue Oberflächenbilder erstellt, sondern auch andere Materialeigenschaften wie Leitfähigkeit, Magnetismus und Elastizität atomgenau untersucht werden. Binnig und Rohrer erhielten 1986 für ihre genial einfache Erfindung den Nobelpreis für Physik.

Den Schritt vom Mikroskop zum Werkzeug machte das Rastertunnelmikroskop 1989. Der Amerikaner Don Eigler bemerkte, dass er beim Mikroskopieren einige Atome auf der untersuchten Oberfläche mit der Mikroskopspitze verschoben hatte. Mit etwas Übung gelang es ihm, Atome gezielt zu manipulieren. Heute gehört auch diese Technik zum Standard, auch wenn sie von vielen Wissenschaftlern eher als Spielerei angesehen wird.