Nanotechnik Der kleinste Schneemann der Welt

Schneemann-Bauen zu Weihnachten? Fällt für die meisten Menschen in Deutschland wohl aus. Wir hätten da aber noch einen Schneemann aus Kanada für Sie - und zwar einen ganz besonders putzigen.

Todd W. Simpson/ UWO

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Es ist zu warm. So kurz vor dem Fest lässt sich deswegen mit ziemlicher Sicherheit sagen: Mit weißen Weihnachten dürfte es in den allergrößten Teilen Deutschlands auch in diesem Jahr nichts werden. (Den aktuellen Wetterbericht finden Sie hier.) Wer sich also an Schneemännern und ähnlichem erfreuen möchte, kann durchs eigene Fotoarchiv stöbern und Bilder ferner Vorjahre anschmachten, ein bisschen rumgoogeln - oder aber durch ein Elektronenmikroskop schauen.

Ja, durch ein Elektronenmikroskop. Genauer gesagt, durch das von Todd Simpson von der Western Nanofabrication Facility in der kanadischen Provinz Ontario. Simpson hat nämlich gerade nichts weniger geschafft, als den kleinsten Schneemann der Welt zu bauen.

Um zu verstehen, wie klein seine Kreation ist, hilft hoffentlich der - für Texte über Nano-Technik beinahe obligatorische - Größenvergleich: Ein menschliches Haar ist normalerweise zwischen 50 und 100 Mikrometer dick, ein rotes Blutkörperchen misst 7,5 Mikrometer im Durchmesser. Simpsons Schneemann dagegen kommt nur auf eine Gesamthöhe von weniger als drei Mikrometern - oder 0,003 Millimeter.

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Mini-Schneemann: Drei Kugeln, ganz klein

Vorstellen können sich die meisten, den Autor dieses Textes eingeschlossen, diese Dimensionen nicht so recht. Aber drücken wir es der Einfachheit halber einmal so aus: Der bisher kleinste Schneemann der Welt - soweit die Archive das hergeben, im Jahr 2009 im National Physical Laboratory (NPL) in London gefertigt - war mit 0,01 Millimetern Höhe gegen den aktuellen Rekordhalter ein ziemlich grobschlächtiger Geselle.

Nur ein Drittel davon misst Simpsons Schneemann. Dessen Entwicklung, so hat der Forscher in einer Mail an SPIEGEL ONLINE verraten, begann übrigens bereits vor mehr als zehn Jahren. Ende 2005 habe er an einem Prozess gearbeitet, mit dem sich winzige Kugeln aus Siliciumdioxid auf einer Unterlage anordnen lassen. Dafür habe er mit Hilfe der Elektronenstrahllithografie kleine Löcher in einen extrem dünnen Kunststofffilm geschnitten. Das Ganze sah also aus wie ein kleines Sieb.

"Wenn eine Lösung mit Siliciumdioxid-Kugeln auf der Oberfläche der Vorlage aufgebracht wird, fällt jeweils eine Kugel in eines der Löcher", erklärt Simpson. "Der Rest wird weggewaschen." Wenn die Löcher des Siebs allerdings zu tief sind, können auch zwei Kugeln hineinfallen - und werden so übereinander gestapelt. "In manchen seltenen Fällen ist das zweite Partikel bereits ein Doppelmolekül aus zwei Kugeln, dann entsteht ein Stapel aus insgesamt drei Kugeln."

Halloween-Kürbis statt Schneemann

Solch eine Formation habe er am letzten Arbeitstag des Jahres 2005 entdeckt. Mit Hilfe der zum Mikroskop gehörenden Bildbearbeitungssoftware habe er den Schneemann noch Arme und ein Gesicht angemalt - und die ganze Sache als Instituts-Weihnachtskarte verschickt.

Doch inzwischen hat Simpson ganz andere Möglichkeiten. Arme und Gesicht des Mini-Schneemanns muss er inzwischen nicht mehr nur malen. Er kann sie real erschaffen - dank einer Ionenfeinstrahlanlage, die inzwischen an seinem Institut steht.

Mit Hilfe dieser Anlage fräste der Forscher nun Augen und Mund in die oberste Siliciumdioxid-Kugel seines Mini-Schneemanns. Und nicht nur das: "Das Instrument kann Platin sehr präzise deponieren, in dem mit einem fokussierten Ionenstrahl ein platinhaltiges organisches Molekül aufgelöst wird", erklärt Simpson. So wuchsen dem winzigen Gesellen auch Nase und Arme.

Für die Arbeit habe er nur ein paar Augenblicke gebraucht, berichtet der Nano-Experte stolz. "Wenn man die Zeit zum Positionieren des Schneemanns nicht mitrechnet , hat es drei Sekunden gedauert, um das Gesicht zu fräsen, zwei, um die Nase aufzubauen und jeweils zehn Sekunden für jeden der Arme."

Ein noch kleineres Exemplar wollen übrigens Forscher der University of Birmingham gebastelt haben. Sie ließen ein Platin-Titan-Nanopartikel - eigentlich als Katalysator zur Wasserstoffherstellung in Brennstoffzellen gedacht - an Luft so oxidieren, dass ein winziges Platin-Gesicht auf der Titandioxid-Oberfläche entstand. Die Mini-Skulptur ist noch einmal um den Faktor 1000 winziger.

Allerdings sieht sie, auch wenn sie ihre Erschaffer ebenfalls als Schneemann verkaufen, eher wie ein Halloween-Kürbis aus. Und die passen ja nun mal gar nicht in die Jahreszeit, sorry. Auch wenn es, wie gesagt, recht warm ist.



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