Rastertunnelmikroskop zum Selberbauen

Einen Blick in die geheimnisvolle Welt der Atome erlauben seit zwei Jahrzehnten Rastertunnelmikroskope, die heute als Standardinstrumente aus der Nanotechnologie nicht mehr wegzudenken sind. Möglichkeiten, diese komplizierten wissenschaftlichen Geräte mit einfachen Mitteln und relativ geringen Kosten von unter 800 EURO nachzubauen, haben Physiker der Universität Münster gemeinsam mit Schülerinnen und Schülern von zwei münsterschen Gymnasien entwickelt.

Das Projekt unter Federführung des Kompetenzzentrums Nanoanalytik stellt sich vom 2. bis 6. April im holländischen Nordwijk auf der Messe „Physics on Stage“ und vom 15. bis 20. April auf der Hannover-Messe vor. Im Mai folgen dann Präsentationen auf der „Welt-Bildungs-Messe“ in Lissabon und auf einem Nano-Kongress des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Von einem Förderungsantrag bei der Europäischen Kommission erhoffen sich Prof. Dr. Harald Fuchs und seine Mitarbeiter eine Kooperation mit Wissenschaftlern in Luxemburg, Italien und Spanien und damit eine internationale Verbreitung.

Entstanden ist die Idee für das Projekt vor etwa einem Jahr: Die Redaktion „Quarks & Co“ des WDR trat an Prof. Fuchs mit der Bitte heran, für eine Sendung über Nanotechnologie ein einfaches Tunnelmikroskop zu entwickeln, das Schüler und Studierende nachbauen und benutzen können. Mittlerweile hat sich das Projekt unter Federführung des Kompetenzzentrums Nanoanalytik in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Fuchs und der Arbeitsstelle Forschungstransfer der Universität Münster weiterentwickelt: Interessierte finden im Internet (http://sxm4.uni-muenster.de) alle nötigen Informationen zum Bau, Hinweise zur Beschaffung der nötigen Einzelteile und ein Programm für die erforderliche Software. Zielgruppe für das Informationsangebot sind Schüler, die Teilnehmer an praktischen Kursen an Universitäten sowie interessierte Laien, die sich über E-Mails und ein Forum im Internet auch beraten lassen können.

Das Tunnelmikroskop, für dessen Entwicklung die deutschen Physiker Binnig und Rohrer 1986 den Nobelpreis bekommen haben, besteht im Wesentlichen aus einer feinen, elektrisch leitenden Spitze, die in extrem kleinem Abstand über die
Oberfläche einer Probe geführt wird. Durch eine angelegte Spannung fließt zwischen der Probe und dieser Spitze ein Strom, dessen Variation Informationen über die innere Struktur der Oberfläche und ihr „Höhenrelief“ liefert. Ein Computer setzt dann die einzelnen Messpunkte der rasterförmigen Abtastung zu einer detaillierten Karte der Probenoberfläche zusammen.

Da der Abstand der Spitze, für deren Bau die Physiker der Universität die Verwendung von angespitzten Drähten aus Glühbirnen empfehlen, zur Oberfläche nur wenige Atomdurchmesser beträgt, ist normalerweise in der Rastertunnelmikroskopie eine aufwändige Schwingungsdämpfung erforderlich. Bei der „Selbstbau-Variante“ musste auch hier improvisiert werden: Herzstück der Schwingungsdämpfung ist jetzt ein aufgeblasener Mopedschlauch.