IBM Forscher stellen kleinstes Magazin-Cover auf der Nanoskala her

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Washington, U.S.A./Rüschlikon, Schweiz, 25. April, 2014—Das von Wissenschaftlern des IBM Forschungszentrums in Rüschlikon für das National Geographic Kids-Magazin produzierte Nano-Cover wurde heute am Science & Engineering Festival in Washington, D.C., U.S.A., durch das Guinness Buch der Rekorde als kleinste Titelseite der Welt zertifiziert. Das Nano-Cover würde mehr als 1 Million Mal auf ein 5-Rappenstück passen. Die Forscher nutzten für die Herstellung eine innovative, bei IBM Research in Rüschlikon entwickelte und patentierte Nanofabrikationsmethode, die jetzt auch kommerziell erhältlich ist.

Noch vor wenigen Jahren wäre so etwas nicht machbar gewesen: Mit einem Gerät von der Grösse einer Harasse, das auf einem Tisch steht, haben Wissenschaftler am IBM Forschungszentrum in Rüschlikon in rund 10 Minuten eine komplexe dreidimensionale Replik einer Titelseite des National Geographic Kids-Magazins auf der Nanoskala erstellt — und damit einen Weltrekord erzielt. Mit bis zu 10 Nanometer-kleinen Strukturen, die die einzelnen Bildpunkte repräsentieren, zählt das weltkleinste Magazincover mit einer Gesamtgrösse von 11×14 Mikrometer zum State-of-the-Art in der Nanofabrikation. Besucher des Science & Engineering Festivals in Washington können das miniaturisierte Cover am Stand von National Geographic Kids und IBM durch ein Zeiss-Mikroskop betrachten. IBM Wissenschaftler Armin Knoll, der das Titelbild zusammen mit seinen Kollegen reproduzierte, sagt: „Wir freuen uns über diesen Rekord, weil er darauf aufmerksam macht, was heute in der Nanotechnologie möglich ist und welche Methoden uns zum Beispiel für die Erforschung neuer Elektronikbauteile zur Verfügung stehen.“ Für die Zukunft der Informationstechnologie ist dies zentral. Schon heute sind die funktionalen Komponenten in Computerchips und -speichern Nanotechnologie. Um noch energieeffizientere und leistungsfähigere Smartphones, Tablets, Computer etc. zu entwickeln, sind radikale Innovationen auf der Nanometerskala notwendig.

Ein „Nano-Meissel“ für kleinste Strukturen

Welche Titelseite miniaturisiert werden sollte, konnten Kinder und Jugendliche in einer Online-Abstimmung wählen. Gewonnen hat das März-Cover mit zwei kleinen Pandas. Rachel Buchholz, Vizepräsidentin und Herausgeberin des National Geographic Kids Magazins betont: „Durch die aktive Einbindung unserer Leser bei diesem Guinness-Weltrekord, lernen sie mit viel Spass etwas über Wissenschaft — und genau darum geht es in unserem Magazin.“

Das gemäss Leservotum ausgewählte Magazin-Cover wurde mit einer Art „Nano-Meissel“ wie ein Relief aus einer Polymerschicht herausgearbeitet. Herzstück des Verfahrens ist eine 500 nm lange und an ihrem Ende nur 5 nm bzw. 50 Atome breite Siliziumspitze, wie sie in Rasterkraftmikroskopen zum Einsatz kommt. Die Spitze ist auf einem biegsamen Federbalken angebracht und in ein mikro-elektro-mechanisches System eingebettet. Durch dieses kann sie mit einer Genauigkeit von einem Nanometer und mit hoher Geschwindigkeit über die Oberfläche geführt werden. Durch eine Krafteinwirkung und Erhitzen der Spitze entfernt sie, wie ein „Nano-Meissel“, gemäss einer programmierten Vorlage gezielt Material aus der Polymerschicht. Mit diesem Verfahren lässt sich ohne grossen Aufwand eine hohe Auflösung von 10 Nanometern erreichen. Damit bietet das Instrument interessante neue Anwendungsmöglichkeiten für die Oberflächenstrukturierung im Vergleich zu bestehende Verfahren, wie z.B. die Elektronenstrahl-Lithografie. Zudem ist es einfacher zu bedienen, sehr handlich und schnell. Ein weiterer Pluspunkt des Verfahrens ist die Möglichkeit, das Muster direkt während des Herstellungsprozesses zu überprüfen, in dem die vorgängig hergestellten Strukturen mit der gleichen Spitze auch abgebildet werden.

Erstes kommerzielles Produkt von SwissLitho

Die Technik wird seit 2012 durch das von zwei ehemaligen IBM Forschern gegründete Startup SwissLitho kommerzialisiert. Mit dem NanoFrazor bietet SwissLitho ein erstes kommerzielles Produkt auf Basis des Verfahrens an, mit dem Nanostrukturen einfach, schnell und kostengünstig produziert und getestet werden können. Vor wenigen Wochen konnte das junge Unternehmen das erste Instrument an die McGill Universität in Canada ausliefern. Dort werden Wissenschaftler und Studenten die einzigartigen Herstellungsmöglichkeiten des Instruments für die Entwicklung neuer Designideen für neuartigen Nanobauteile nutzen.

Nanotechnologie bei IBM Research - Zürich

Mit der Entwicklung des Rastertunnelmikroskops (STM) durch Gerd Binnig und Heinrich Rohrer am IBM Forschungszentrum in Rüschlikon wurde es erstmals möglich, Oberflächen Atom für Atom zu betrachten. Diese Erfindung, für die die beiden Forscher 1986 den Nobelpreis für Physik erhielten, legte den Grundstein für die Erforschung des Nanokosmos. Für die Zukunft der IT-Industrie werden das Verständnis von Prozessen auf der atomaren und molekularen Skala und die Fähigkeit, funktionale Nanostrukturen kontrolliert und ökonomisch herzustellen, ausschlaggebend sein. Die Nanoelektronik — insbesondere die Entwicklung neuartiger Schaltelemente — ist für die IBM daher ein wichtiger Forschungsschwerpunkt. Für genau diese Art von Forschung wurde 2011 das Binnig and Rohrer Nanotechnology Center auf dem Campus von IBM Research – Zürich eröffnet, das gemeinsam mit der ETH Zürich betrieben wird.

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