Ein Atom dick Forscher bauen dünnste Membran der Welt

Aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen besteht die Membran, die ein britisch-deutsches Forscherteam hergestellt hat. Das extrem feine Sieb könnte als Filter oder als elektromechanischer Miniaturschalter dienen.


Die Kohlenstoffatome der superdünnen Membran bilden ein einfaches Gitter aus Sechsecken. Dieses sogenannte Graphen könnte als hochfeines Sieb für die Analyse chemischer Strukturen eingesetzt werden, berichten Jannik Meyer vom Stuttgarter Max-Planck-Institut für Festkörperforschung und seine Kollegen im Wissenschaftsmagazin " Nature" (Bd. 446, S. 60). Bisher konnten solche Graphen-Schichten nicht freitragend hergestellt werden, sondern mussten immer auf Oberflächen gelegt werden.

Modell der Membran: Zerknittert, aber stabil
Jannik C. Meyer, U.C. Berkeley

Modell der Membran: Zerknittert, aber stabil

Zur Herstellung der hochfeinen Membran machten die Wissenschaftler auf einem Chip mit einem Graphitkristall einen Strich - ähnlich wie ein Bleistiftstrich auf Papier. So gelangen die Kohlenstoffschichten, aus denen das Graphit besteht, auf die Oberfläche des Chips. Diese Schichten weisen bereits die typische Bienenwabenstruktur aus Sechsecken auf.

Meist liegen auf der Oberfläche zwar mehrere Schichten übereinander, doch immer wieder gibt es auch Bereiche, in denen nur genau eine Schicht auf dem Chip zurückbleibt, wie die Forscher nachweisen konnten. Ätzten sie genau in diesen Bereichen ein Loch in das Chipmaterial, blieb die darauf liegende Kohlenstoffschicht als freitragende Membran zurück.

Bei der Untersuchung dieser Membran machten die Wissenschaftler aus Stuttgart und Manchester eine überraschende Entdeckung: "Die Schicht bleibt nicht eben, sondern hat sich verknittert", berichtet Siegmar Roth vom Stuttgarter Max-Planck-Institut. Durch die kleinen Unebenheiten in der Oberfläche erhält die Schicht Stabilität und gehorcht obendrein den Vorgaben grundlegender physikalischer Theorien.

Anhand der Membran können die Forscher nun das Verhalten zweidimensionaler Strukturen näher erforschen. "Für die Grundlagenphysik ist das sehr wichtig", erklärt Roth. Doch auch praktische Anwendungen könnten sich aus der Entwicklung ergeben: Die hauchdünnen Membranen könnten nach Meinung der Forscher wie ein Sieb leichte Gase filtern.

Außerdem ermöglichen sie nach Angaben der Max-Planck-Gesellschaft den Bau miniaturisierter ultraschneller elektromechanischer Schalter. Da der atomare Maschendraht für Elektronenmikroskope durchsichtig ist, könnte er auch dazu dienen, einzelne Moleküle zur Untersuchung zu fixieren. Letzteres könnte von großem Interesse für die Pharmaforschung sein, weil es eine rasche Analyse der atomaren Struktur bioaktiver Moleküle in bislang unerreichtem Detailreichtum erlauben würde.

hda/ddp/dpa



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