Zuerst kamen die Buckyballs, auch Fullerene oder Fußballmoleküle genannt. Diese bestehen aus vielen Kohlenstoffatomen, die kugelförmig angeordnet sind - so wie Fußbälle eben. Später folgten die Nanotubes - winzige Röhrchen, die aus einer dünnen Wand aus Kohlenstoffatomen bestehen. Sie sind sehr stabil und reißfest, und sie haben besondere elektronische Eigenschaften, die sie für den Bau von winzigen Transistoren geeignet erscheinen lassen.
Inzwischen aber ist Graphen der neueste Trend bei den Nanophysikern: Eine flache Schicht aus Kohlenstoffatomen, die so flach ist, dass nur eine einzige Lage aus Atomen darin Platz hat. Physiker sprechen hier von einem zweidimensionalen System. Ein plattes Kohlenstoffnetz, in dem die Atome angeordnet sind wie in einem Bienenwabenmuster.
" Stellen Sie sich ein Material vor, das hier auf diesem Tisch liegt, und das nur einen Angström dick ist, zehn hoch minus zehn Zentimeter, also so dick wie ein einzelnes Atom. Auch bei Raumtemperatur bleibt die Kristallstruktur immer erhalten. Es gibt nichts, was dieses extrem stabile Material beeinflussen könnte. Es ist unglaublich: Die Elektronen in diesem neuen Graphen fliegen Tausende von Atom-Abständen weit, ohne irgendetwas von der Umwelt dieser dünnen Schicht mitzubekommen. "
Andre Geim von der Universität von Manchester ist es als erstem gelungen, diese flache Kohlenstoff-Wabenstruktur herzustellen - und er hatte zunächst Mühe, für diese Leistung Anerkennung in der Wissenschaftswelt zu finden: Seine Aufsätze wurden von den großen Fachzeitschriften zunächst abgelehnt. Physiker-Kollegen, die seine Ergebnisse begutachten sollten, glaubten ihm lange Zeit nicht. Inzwischen aber kommen sie alle zum ihm zu Besuch, erzählt er, denn sie wollen lernen, wie man das neuer Material herstellt - wie man Graphit so weit auseinander zieht, dass er so flach wird wie nur irgend möglich. Auch der Experte für Nanoröhrchen, Walt de Heer von der Technischen Hochschule in Georgia, ist begeistert:
" Ich glaube, dass dies eine Entwicklung mit einer großen Zukunft ist, weil sie tatsächlich planbar ist. Wir können inzwischen genau sagen, wie wir gezielt Graphenstrukturen herstellen können und wie wir diese Technologie weiter entwickeln werden. Mit Nanoröhrchen ist so etwas ganz und gar nicht möglich."
Walt de Heer geht inzwischen so weit, dass er den Nanoröhrchen, seinem eigenen Spezialgebiet, kaum Zukunftschancen im Bereich der Nanoelektronik einräumt. Zwar ist es ihm und seinen Kollegen gelungen, mit Nanoröhrchen extrem schnelle, kleine Transistoren zu bauen, aber dabei handelte es sich immer um sehr aufwändige Einzelanfertigungen. Von einem kontrollierten, reproduzierbaren Herstellungsprozess sind die Experten nach wie vor weit entfernt. Ganz anders beim neuen Graphen. Hier ist die Massenproduktion von molekularen Transistoren bereits abzusehen, meint Walt de Heer:
" Es gibt ein gewaltiges Interesse von Seiten der Industrie für dieses Material. Wir glauben, dass wir auf diese Weise den Durchbruch schaffen werden zu einer neuen Molekular-Elektronik. Bislang war es schwierig, eine Elektronik zu entwickeln, bei der einzelnen Moleküle als Schalter fungieren. Uns ist es letztlich immer sehr schwer gefallen, die Kontakte zwischen Metalldrähtchen und den Schaltmolkülen herzustellen. Ganz anders bei dem neuen Graphen. Dieses Material hat eine ganz ähnliche Struktur wie die Moleküle, die als Schalter für eine solche, neue Molekular-Elektronik geeignet sind."
Inzwischen können die Graphenexperten die flachen Kohlenstoffschichten beliebig zurechtschneidern. Auf diese Weise wollen sie neuartige Leiterbahnen und Schaltstellen für Elektronen bauen. Dabei liefern sie sich derzeit eine besondere Rekordjagd: Mehrere Forscherteams wollen die ersten sein, die den schnellsten Transistor der Welt bauen. Er soll mit einer Taktrate von mehr als einem Terahertz arbeiten.
Inzwischen aber ist Graphen der neueste Trend bei den Nanophysikern: Eine flache Schicht aus Kohlenstoffatomen, die so flach ist, dass nur eine einzige Lage aus Atomen darin Platz hat. Physiker sprechen hier von einem zweidimensionalen System. Ein plattes Kohlenstoffnetz, in dem die Atome angeordnet sind wie in einem Bienenwabenmuster.
" Stellen Sie sich ein Material vor, das hier auf diesem Tisch liegt, und das nur einen Angström dick ist, zehn hoch minus zehn Zentimeter, also so dick wie ein einzelnes Atom. Auch bei Raumtemperatur bleibt die Kristallstruktur immer erhalten. Es gibt nichts, was dieses extrem stabile Material beeinflussen könnte. Es ist unglaublich: Die Elektronen in diesem neuen Graphen fliegen Tausende von Atom-Abständen weit, ohne irgendetwas von der Umwelt dieser dünnen Schicht mitzubekommen. "
Andre Geim von der Universität von Manchester ist es als erstem gelungen, diese flache Kohlenstoff-Wabenstruktur herzustellen - und er hatte zunächst Mühe, für diese Leistung Anerkennung in der Wissenschaftswelt zu finden: Seine Aufsätze wurden von den großen Fachzeitschriften zunächst abgelehnt. Physiker-Kollegen, die seine Ergebnisse begutachten sollten, glaubten ihm lange Zeit nicht. Inzwischen aber kommen sie alle zum ihm zu Besuch, erzählt er, denn sie wollen lernen, wie man das neuer Material herstellt - wie man Graphit so weit auseinander zieht, dass er so flach wird wie nur irgend möglich. Auch der Experte für Nanoröhrchen, Walt de Heer von der Technischen Hochschule in Georgia, ist begeistert:
" Ich glaube, dass dies eine Entwicklung mit einer großen Zukunft ist, weil sie tatsächlich planbar ist. Wir können inzwischen genau sagen, wie wir gezielt Graphenstrukturen herstellen können und wie wir diese Technologie weiter entwickeln werden. Mit Nanoröhrchen ist so etwas ganz und gar nicht möglich."
Walt de Heer geht inzwischen so weit, dass er den Nanoröhrchen, seinem eigenen Spezialgebiet, kaum Zukunftschancen im Bereich der Nanoelektronik einräumt. Zwar ist es ihm und seinen Kollegen gelungen, mit Nanoröhrchen extrem schnelle, kleine Transistoren zu bauen, aber dabei handelte es sich immer um sehr aufwändige Einzelanfertigungen. Von einem kontrollierten, reproduzierbaren Herstellungsprozess sind die Experten nach wie vor weit entfernt. Ganz anders beim neuen Graphen. Hier ist die Massenproduktion von molekularen Transistoren bereits abzusehen, meint Walt de Heer:
" Es gibt ein gewaltiges Interesse von Seiten der Industrie für dieses Material. Wir glauben, dass wir auf diese Weise den Durchbruch schaffen werden zu einer neuen Molekular-Elektronik. Bislang war es schwierig, eine Elektronik zu entwickeln, bei der einzelnen Moleküle als Schalter fungieren. Uns ist es letztlich immer sehr schwer gefallen, die Kontakte zwischen Metalldrähtchen und den Schaltmolkülen herzustellen. Ganz anders bei dem neuen Graphen. Dieses Material hat eine ganz ähnliche Struktur wie die Moleküle, die als Schalter für eine solche, neue Molekular-Elektronik geeignet sind."
Inzwischen können die Graphenexperten die flachen Kohlenstoffschichten beliebig zurechtschneidern. Auf diese Weise wollen sie neuartige Leiterbahnen und Schaltstellen für Elektronen bauen. Dabei liefern sie sich derzeit eine besondere Rekordjagd: Mehrere Forscherteams wollen die ersten sein, die den schnellsten Transistor der Welt bauen. Er soll mit einer Taktrate von mehr als einem Terahertz arbeiten.