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Dübendorf – Für seine bahnbrechende Forschung an elektromechanischen Systemen im Nanobereich wurde der Empa-Forscher Peter Lendway mit dem ersten Preis in der Kategorie «Video» beim Wettbewerb für wissenschaftliche Bilder des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) ausgezeichnet. Das prämierte Video zeigt ein kaum sichtbares Bewegungssystem, das neue Perspektiven für die Quantentechnologie eröffnet.
Lendway, Doktorand an der Empa sowie am Departement für Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH Zürich, hat ein System entwickelt, das Nanomaterialien wie Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren unter exakt kontrollierte mechanische Spannung setzen kann. Möglich wird dies durch winzige Siliciumkämme, die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung über einen elektrostatischen Antrieb um bis zu 200 Nanometer bewegen – ein Bereich, der für das menschliche Auge unsichtbar bleibt. Die Rückstellung erfolgt durch fein integrierte Federn, die das System nach dem Spannungsimpuls in seine Ausgangslage zurückführen.
Das Funktionsprinzip erinnert an einen klassischen Elektromotor, dient in diesem Fall jedoch nicht der Kraftübertragung, sondern der hochpräzisen Manipulation und Messung von Materialeigenschaften im Nanobereich. Im Zentrum stehen dabei Anwendungen in der Quantentechnologie: Die mechanische Deformation von Nanomaterialien kann deren elektronische, optische und mechanische Eigenschaften fundamental verändern – ein Effekt, den Theoretiker bereits vorhersagen, dessen experimentelle Erfassung aber bisher nur selten gelungen ist, insbesondere unter kryogenen Bedingungen, die für viele quantentechnologische Anwendungen erforderlich sind.
Lendways Video entstand mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops, das die Bewegungen sichtbar macht, die mit Lichtmikroskopen nicht zu erfassen wären. Es dokumentiert die Funktionsweise eines der entwickelten Systeme: ineinandergreifende Kämme, die sich – ohne sich zu berühren – gegeneinander verschieben. Eine Goldbrücke am Ende des Systems bildet dabei atomar scharfe Elektroden, um einzelne Moleküle zu kontaktieren.
Die Herstellung solcher Präzisionssysteme stellt hohe Anforderungen an Sauberkeit und Stabilität. Schon ein Staubkorn genügt, um die empfindliche Struktur funktionsunfähig zu machen. Deshalb fertigt Lendway seine Chips im Reinraum des Binnig and Rohrer Nanotechnology Centers in Rüschlikon, einer Kooperation von IBM, ETH Zürich und Empa. Ein einzelner Chip mit einer Kantenlänge von nur einem Zentimeter kann bis zu 74 solcher Systeme enthalten. Nach der Herstellung werden die Chips unter Schutzatmosphäre an die Empa transportiert, wo die experimentellen Untersuchungen stattfinden.
Noch steht Lendways Arbeit am Anfang. Erste Plattformen für unterschiedliche Nanomaterialien sind entwickelt, nun beginnt die Charakterisierung ihrer Eigenschaften. Das Ziel: neuartige elektronische Komponenten für Anwendungen in Informatik, Kommunikation, Sensorik und Energieumwandlung – allesamt Schlüsselbereiche der Quantentechnologie.
Der Gewinn des SNF-Preises würdigt nicht nur die wissenschaftliche Relevanz, sondern auch die ästhetische und dokumentarische Qualität der Arbeit. Es ist ein Blick in eine Welt, die dem menschlichen Auge verborgen bleibt – und ein Schritt in eine technologische Zukunft, die auf atomarer Präzision basiert.
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