Ein Kellerraum im Laser-Labor der australischen National University in Canberra. Im gedimmten Licht stehen große Tische, vollgepackt mit Spiegeln, Linsen und Kabeln, dazwischen flackern rote und grüne Laserpunkte. Das neueste Spielzeug der Wissenschaftler hier ist ein weltweit einzigartiger Infrarot-Laser, der ultrakurze Lichtblitze mit einer Intensität von 100 Gigawatt pro Quadratzentimeter liefert – genug um innerhalb weniger Sekunden ein Loch in eine Betonmauer zu bohren. Weil der infrarote Laserstrahl unsichtbar ist, passiert das schneller als man denkt.
Wir müssen sehr vorsichtig sein. Wenn sie sich hier im Labor umschauen, werden sie einige Löcher in den Wänden entdecken. Da drüben ist zum Beispiel eins. So etwas passiert, wenn man nicht aufpasst.
Nathan Madsen arbeitet als Doktorand im Laser-Labor. Den gepulsten Infrarot-Laser, an dessen Entwicklung ein Fraunhofer-Institut aus Aachen maßgeblich beteiligt war, benutzt er, um Materialien gezielt zu verdampfen. Laser-Ablation heißt das im Fachjargon. Madsen:
Das Verfahren ist eigentlich ganz einfach. Es ist so wie in dem Science Fiction-Film Independence Day. Da schwebt ein riesiges Raumschiff über dem Weißen Haus, das einen starken Laserstrahl nach unten richtet und damit das ganze Gebäude in die Luft jagt. Im Prinzip machen wir genau das – nur natürlich viel kontrollierter.
Das Ziel der Forscher ist es, gezielt einzelne Atome oder Moleküle aus der Oberfläche eines Materials herauszulösen. Da das Ganze in einer Vakuumkammer passiert, können sich die verdampften Atome zu ganz neuen Materialien zusammen setzen – und zwar in Verbindungen, die in der Natur gar nicht vorkommen. Beispiel Kohlenstoff: Als Nathan Madsens Doktorvater vor ein paar Jahren ein Stück Graphit mit einem leistungsstarken Laser beschoss, staunte er nicht schlecht, was dabei herauskam: Eine schwammartige Struktur, der die Wissenschaftler den Namen Kohlenstoff-Nanoschaum gaben. Im Glasröhrchen sieht man nur ein schwarzes Pulver, das an feinen Kohlenstaub erinnert. In Wahrheit verbirgt sich aber ein völlig neuartiges Material dahinter.
Wenn Sie sich das unter einem normalen Mikroskop anschauen, dann sehen Sie nur eine schaumartige Struktur: etwa so wie ein Putzschwamm sieht das aus. Aber mit einem sehr empfindlichen Elektronenmikroskop erkennen sie, dass dieser Schwamm aus Clustern von Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Das sind Ansammlungen von etwa 4000 Kohlenstoff-Atomen mit einem Durchmesser von 6 bis 10 Nanometern. Und diese Nano-Cluster sind für die einzigartigen Eigenschaften dieses Materials verantwortlich.
Das schwarze Pulver ist nicht nur extrem leicht und ein hervorragender Isolator. Es zeigt auch magnetische Eigenschaften: Die Kohlenstoff-Körnchen verhalten sich bei Raumtemperatur wie winzige Dauermagneten, was sie einmal für bildgebende Verfahren in der medizinischen Diagnostik interessant machen könnte. Nathan Madsen interessiert sich aber eher für grundlegende Fragen. In den kommenden Monaten will er mit einem verfeinerten Versuchsaufbau Schritt für Schritt die Entstehung des Kohlenstoff-Schaums untersuchen. Seine Hoffnung: Das Verständnis der Prozesse beim Zusammenbau einzelner Atome könnte helfen, die Produktion der so genannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu optimieren. Aus denen will die Elektronikindustrie einmal die Transistoren von morgen fertigen. Aber weil noch weitgehend unklar ist, wann und warum sich die atomaren Legobausteine wie zusammenlagern, entsteht bei der Herstellung dieser Nanoröhrchen bislang noch jede Menge Ausschuss.
Wir müssen sehr vorsichtig sein. Wenn sie sich hier im Labor umschauen, werden sie einige Löcher in den Wänden entdecken. Da drüben ist zum Beispiel eins. So etwas passiert, wenn man nicht aufpasst.
Nathan Madsen arbeitet als Doktorand im Laser-Labor. Den gepulsten Infrarot-Laser, an dessen Entwicklung ein Fraunhofer-Institut aus Aachen maßgeblich beteiligt war, benutzt er, um Materialien gezielt zu verdampfen. Laser-Ablation heißt das im Fachjargon. Madsen:
Das Verfahren ist eigentlich ganz einfach. Es ist so wie in dem Science Fiction-Film Independence Day. Da schwebt ein riesiges Raumschiff über dem Weißen Haus, das einen starken Laserstrahl nach unten richtet und damit das ganze Gebäude in die Luft jagt. Im Prinzip machen wir genau das – nur natürlich viel kontrollierter.
Das Ziel der Forscher ist es, gezielt einzelne Atome oder Moleküle aus der Oberfläche eines Materials herauszulösen. Da das Ganze in einer Vakuumkammer passiert, können sich die verdampften Atome zu ganz neuen Materialien zusammen setzen – und zwar in Verbindungen, die in der Natur gar nicht vorkommen. Beispiel Kohlenstoff: Als Nathan Madsens Doktorvater vor ein paar Jahren ein Stück Graphit mit einem leistungsstarken Laser beschoss, staunte er nicht schlecht, was dabei herauskam: Eine schwammartige Struktur, der die Wissenschaftler den Namen Kohlenstoff-Nanoschaum gaben. Im Glasröhrchen sieht man nur ein schwarzes Pulver, das an feinen Kohlenstaub erinnert. In Wahrheit verbirgt sich aber ein völlig neuartiges Material dahinter.
Wenn Sie sich das unter einem normalen Mikroskop anschauen, dann sehen Sie nur eine schaumartige Struktur: etwa so wie ein Putzschwamm sieht das aus. Aber mit einem sehr empfindlichen Elektronenmikroskop erkennen sie, dass dieser Schwamm aus Clustern von Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Das sind Ansammlungen von etwa 4000 Kohlenstoff-Atomen mit einem Durchmesser von 6 bis 10 Nanometern. Und diese Nano-Cluster sind für die einzigartigen Eigenschaften dieses Materials verantwortlich.
Das schwarze Pulver ist nicht nur extrem leicht und ein hervorragender Isolator. Es zeigt auch magnetische Eigenschaften: Die Kohlenstoff-Körnchen verhalten sich bei Raumtemperatur wie winzige Dauermagneten, was sie einmal für bildgebende Verfahren in der medizinischen Diagnostik interessant machen könnte. Nathan Madsen interessiert sich aber eher für grundlegende Fragen. In den kommenden Monaten will er mit einem verfeinerten Versuchsaufbau Schritt für Schritt die Entstehung des Kohlenstoff-Schaums untersuchen. Seine Hoffnung: Das Verständnis der Prozesse beim Zusammenbau einzelner Atome könnte helfen, die Produktion der so genannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu optimieren. Aus denen will die Elektronikindustrie einmal die Transistoren von morgen fertigen. Aber weil noch weitgehend unklar ist, wann und warum sich die atomaren Legobausteine wie zusammenlagern, entsteht bei der Herstellung dieser Nanoröhrchen bislang noch jede Menge Ausschuss.