Gartenbau im Nanoland

News: Gartenbau im Nanoland

Wissenschaftler bringen winzige Kohlenstoff-Röhrchen in vielen verschiedenen Variationen hervor. Doch bislang haperte es dabei an einer gewissen Ordnung der Strukturen. Nun fanden Forscher einen Weg, die Röhrchen gezielt in bestimmte Richtungen auf einer Unterlage wachsen zu lassen - fast wie Blumen auf einem Beet.

Thorsten Krome

Der Frühling ist da, alles blüht und manch Hobby-Gärtner investiert viel Zeit in seine Gartenpracht, damit auch ja alles hübsch ordentlich aussieht. Wissenschaftlern hingegen lag die Ordnung ihrer winzigen Nano-Kreationen bislang nicht so sehr am Herzen – zumindest nicht, wenn es um Nanoröhrchen ging. Hier verwendeten die Forscher eher ihre Zeit darauf, unterschiedliche Exemplare mit besonderen Eigenschaften zu erschaffen, wie etwa solche mit doppelten Wänden, Knicken oder einer besonderen Füllung.

Nachdem nun die Auswahl zu stimmen scheint, kommt jetzt offenbar auch der Anordnung der Winzlinge eine größere Bedeutung zu. Schließlich sollen sie ja nicht nur eine Demonstration des Machbaren bleiben, sondern einmal einen sinnvollen Zweck erfüllen. So machten sich auch Pulickel Ajayan und seine Kollegen vom Rensselaer Polytechnic Institute in Troy daran, ihre Nanoröhrchen geordnet zu pflanzen.

Als Unterlage wählten die Forscher ein Silicium-Substrat, worauf sie eine dünne Lage Siliciumdioxid aufbrachten. Mittels photolithographischer Verfahren und verschiedener Ätzvorgänge strukturierten sie die Oberfläche, sodass an vorher definierten Stellen das reine Silicium wieder von seiner Oxidhaut befreit wurde.

Im nächsten Schritt ließen Ajayan und sein Team die Röhrchen mittels so genannter chemischer Gasphasenabscheidung wachsen. Dazu setzten sie die Oberfläche einem 800 Grad Celsius heißen Gasgemisch der organischen Verbindungen Xylen und Ferrocen aus – quasi Samen und Dünger. Und tatsächlich sprossen die Nanoröhrchen aus dem Boden, allerdings nur von den Flächen, die noch mit Siliciumdioxid beschichtet waren, so als hätten sie Wurzeln, die nur hier Halt finden. Außerdem streckten sich die Winzlinge geradewegs nach oben, senkrecht zur Oberfläche, auf der sie sich befanden.

Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler ein ganzes Feld mehrwandiger Nanoröhrchen bestellen, mit einem Durchmesser von je 20 bis 30 Nanometern und einer einheitlichen Länge zwischen einem und zwei Mikrometern. Die Wachstumsrate betrug dabei etwa 170 Nanometer pro Sekunde, sodass schon nach kurzer Zeit ein Feld dicht an dicht gereihter Röhrchen auf dem Siliciumdioxid entstand – ordentlich wie ein englischer Rasen.

Je nachdem, wie hoch die Oxidschicht über das Silicium ragte, sprossen die Nanoröhrchen auch zur Seite. So konnten die Forscher also auch Röhrchen züchten, die senkrecht zueinander wuchsen. Je nach Struktur des Siliciumdioxid lassen sich dementsprechend komplizierte Gebilde erzeugen, wie beispielsweise blütenförmige Gefüge, die aus runden, erhöhten Oxidflecken keimen und einem Blumenbeet in nichts nachstehen.

Selbstverständlich spielt bei all diesen Schöpfungen die technologische Perspektive eine ungleich größere Rolle als der ästhetische Aspekt. Denn dank der einfachen Technik ist es nun möglich, komplexe Strukturen aus Nanoröhrchen in einem Schritt herzustellen, wo früher viele nötig waren. Außerdem liegen die Möglichkeiten der Methode durchaus auch jenseits von Nanoröhrchen, wie der ebenfalls an der Arbeit beteiligte Wissenschaftler Ganapathiraman Ramanath betont. Nach Ansicht der Forscher lässt sich das Verfahren selbst bei größeren Strukturen noch gut verwenden, sodass in Zukunft vielleicht so manches elektromechanische Bauelement auf diese Weise gefertigt wird.