Forschen in den stillsten Räumen der Welt

IBM baut ein Superlabor für die Nanotechnologie in Rüschlikon ZH

Von Joachim Laukenmann

Eine stille Nacht soll es gewesen sein, damals in Bethlehem. Dieser Tage liegt der in vieler Hinsicht stillste Ort der Welt jedoch nicht im Westjordanland, sondern höchstwahrscheinlich in Rüschlikon oberhalb des Zürichsees. Dort, im neuen Nanotechnologie-Zentrum, installiert IBM sechs unterirdische Räume, die nahezu perfekt von allen äusseren Störquellen abgeschirmt sind.

In diesen «Noisefree-Labs» hört man dank der Schallisolation nicht nur sprichwörtlich die Stecknadel fallen. Auch andere Unruhequellen wie Bodenvibrationen durch Fahrzeuge und Züge, elektromagnetische Felder von Stromleitungen und Mobilfunkantennen sowie Temperaturschwankungen sind auf ein Minimum reduziert worden. Erste Messungen zeigen, dass die acht Meter unter dem Boden errichteten Räume die bisherige Messlatte punkto Ruhe - zum Beispiel die Laboratorien am National Institute of Standards and Technology (Nist) in den USA - übertreffen.

Natürlich ist die Stille in den Noisefree-Labs nicht für besinnliche Andachten vorgesehen. Vielmehr sind die je 20 bis 50 Quadratmeter grossen Räume quasi das «Allerheiligste» der Nanotechnologie-Forschung. Um immer kleinere Strukturen auf der Nanometerskala wie zum Beispiel einzelne Moleküle oder Atome zu untersuchen und dadurch neue Materialien und Konzepte für die Elektronik zu generieren, kommen sensibelste Geräte zum Einsatz.

Nanostrukturen werden mit atomarer Auflösung analysiert

Ein Elektronenstrahlschreiber etwa verfügt über einen nur drei Nanometer breiten Strahl, der bei der Computerchip-Entwicklung zum Einsatz kommt. Zum Vergleich: Dieser Strahl ist so dünn wie ein rund 30 000-mal gespaltetes menschliches Haar. Mit einem sogenannten Transmissionselektronen-Mikroskop können die Forscher mit atomarer Auflösung Nanostrukturen analysieren. Und ein «spinpolarisiertes Rastertunnelmikroskop» bringt kleinste magnetische Strukturen künftiger Nanobauteile zum Vorschein.

Da genügen schon unvorstellbar kleine Störfaktoren, und die Hightech-Geräte liefern nicht mehr die gewünschte Präzision. Allein die in einem normalen Büro auftretenden Temperaturschwankungen können den Strahl des Elektronenstrahlschreibers aufgrund thermischer Ausdehnung der gesamten Apparatur um mehrere Hundert Nanometer pro Stunde verschieben - ein Vielfaches der gewünschten Auflösung.

Mit einem ganzen Paket von Massnahmen halten IBM-Forscher um Emanuel Lörtscher solche Störeinflüsse von den Noisefree-Labs fern. Dazu gehört ein 40 bis 60 Tonnen schwerer, luftgelagerter und aktiv geregelter Betonsockel und eine komplette Verkleidung des Raums mit einem magnetischen Metall. Selbst der Forscher wird zur Störquelle und steuert die Experimente daher vom Nebenraum aus (s. Grafik).

Temperaturschwankungen bewegen sich um 0,1 Grad

Im Vergleich zu den bisherigen IBM-Forschungslaboren ist der Zugewinn an Ruhe enorm:

- Während in den alten Labors Temperaturschwankungen von 2 bis 4 Grad Celsius pro Stunde vorkommen, variiert die Temperatur in den Noisefree-Labs um maximal 0,1 Grad pro Stunde.

- Der akustische Lärm erreicht in einem normalen Raum bis zu 72 Dezibel (dB), was der Lautstärke eines Staubsaugers entspricht. In den neuen Laboren liegt der Lärmpegel unterhalb von 30 dB, wie in einem ruhigen Schlafzimmer. Das kommt einer Lärmreduktion um rund einen Faktor 10 000 gleich.

- Gegenüber den alten Räumen sind Bodenvibrationen um einen Faktor 1000 reduziert.

- Das Magnetfeld erreicht im alten Gebäude und in den Korridoren des Nanotech-Centers 300 bis 3000 Nano-Tesla (nT). In den Noisefree-Labs sind es typischerweise 1 bis 5 nT. Mit speziellen, in Wände und Decken eingebauten Spulenpaaren (Helmholzspulen) lassen sich zudem im Raum durch Apparaturen generierte Magnetfelder auf null kompensieren.

Zu guter Letzt ist eines der Noisefree-Labs auch ein Reinraum. Maximal 100 Partikel von 0,5 Mikrometer Durchmesser dürfen sich in einem Kubikfuss aufhalten, 1000-mal weniger als in einem gewöhnlichen Büroraum.

Bis Mai 2011 sollten die meisten der sechs Noisefree-Labs ausgestattet sein mit Millionen Franken teuren Mess- und Schreibgeräten. Dann kann es losgehen mit der Forschung und Entwicklung in nahezu perfekter Stille.

Publiziert am 26.12.2010
von: sonntagszeitung.ch