Zeitung Heute : Winzige Waben aus Kohlenstoff

Janina Maultzsch erforscht superfeste Materialien aus der Nanowelt, die jetzt auch Nobel-Ruhm erhielten

Sven Titz
Hauchdünn. Graphen, eine Folie aus Kohlenstoffatomen, ist eine Million Mal dünner als ein Blatt Papier. Die Bindung der Atome ist sehr stabil, Graphen ist reißfester als Stahl. Foto: p-a/dpa
Hauchdünn. Graphen, eine Folie aus Kohlenstoffatomen, ist eine Million Mal dünner als ein Blatt Papier. Die Bindung der Atome ist...Foto: picture alliance / dpa

Janina Maultzsch öffnet die Tür zum Labor. Ein grüner Laserstrahl durchschneidet die Dunkelheit. Langsam erkennt das Auge Einzelheiten, die Physikern hilft mit einer Erläuterung nach: Der Laserstrahl wird unter ein Mikroskop gelenkt, auf eine winzige Probe aus Kohlenstoff. Sie streut das Laserlicht in verschiedene Richtungen. Auf einem Computermonitor sieht man eine Messkurve. Daran erkennen die Forscher, in welche Richtung die Kohlenstoffatome schwingen.

Das untersuchte Material hat in den letzten Jahren Furore gemacht: Kohlenstoff-Nanoröhren, die im Durchmesser nur ein Hunderttausendstel eines Haares messen, sind extrem reißfest und dabei sehr leicht. Man setzt sie heute zur Herstellung von Tennisschlägern und Beton ein. Wegen der optischen und elektrischen Eigenschaften eignet sich das Material auch für weitere Anwendungen, etwa für Bauteile in Computerchips.

Die Juniorprofessorin erforscht die Eigenschaften der Nanoröhren daher genauer – nicht nur mit dem oben beschriebenen „Raman-Mikroskop“, sondern auch mit rechnerischen Mitteln. Zu diesem Zweck baut die 36-Jährige ein Team auf, finanziert mit einem „Starting Grant“ des Europäischen Forschungsrats, der an herausragende Nachwuchsforscher der EU vergeben wird. Fünf Jahre stehen ihr 1,5 Millionen Euro zur Verfügung. Der Summe wegen wird der Starting Grant wie eine Auszeichnung angesehen, der noch an drei weitere TU-Wissenschaftler ging: an die Mathematiker Olga Holtz und Peter K. Fritz sowie den Informatiker Marc Alexa. Holtz erhält für ihre Forschungen 880 000 Euro, Fritz 850 000 Euro und Alexa 1,35 Millionen Euro.

Neben den Nanoröhren durchleuchtet Maultzsch eine weitere Substanz: Graphen, die dünnste Folie aus Kohlenstoff, die es gibt. Das extrem feste Material hat eine Dicke von nur einer Lage Atome. 2004 wurde es erstmals hergestellt, dieses Jahr wurde die Graphenforschung mit einem Physik-Nobelpreis geehrt.

Wegen seiner außergewöhnlichen thermischen, optischen und elektrischen Eigenschaften bescheinigt man auch Graphen viele Einsatzmöglichkeiten, etwa in Touchscreens, biochemischen Sensoren und Solarzellen. Ehrgeizig ist der Plan, die Siliziumtechnik in Computerchips eines Tages durch Graphen zu ersetzen. Wie bei den Nanoröhren sind die Herausforderungen riesig. Man wisse noch nicht recht, wie sich aus Graphen Halbleiter herstellen lassen, sagt Maultzsch. Auf atomarer Ebene ist Graphen wie Bienenwaben gebaut: Da grenzt ein Sechseck ans andere. Das gleiche gilt auch für die Nanoröhren, die im Prinzip die aufgerollte Variante von Graphen sind. „Wie eine Rolle Hasendraht“, sagt die Physikerin. Graphen und Nanoröhren sind strukturell also eng verwandt.

Forscher erzeugen die Nanoröhren, indem sie Kohlenstoff verdampfen und anschließend kondensieren lassen. Dabei entsteht ein Gemisch verschiedener Röhren. „Sie unterscheiden sich in der Symmetrie; außerdem ähnelt ein Drittel Metallen, während zwei Drittel die Eigenschaften von Halbleitern haben“, sagt Maultzsch. Ihre Untersuchungen sollen auch dazu dienen, verschiedene Röhrenversionen sortieren zu können.

Auf das Thema Kohlenstoff-Nanomaterialien stieß die Physikerin, als ihr erstes Diplomthema platzte und sie Ersatz suchte. Maultzsch promovierte dann bei Christian Thomsen an der TU Berlin. Dessen Arbeitsgruppe spielt eine wichtige Rolle für sie - nicht nur wissenschaftlich: Als die Forscherin die Elternzeit wahrnahm, war es eine große Hilfe, dass in dieser Zeit jemand ihre Doktoranden betreute. Sven Titz

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