06.10.10

Physik-Nobelpreis Graphen: Ein wunderbarer Werkstoff

Von Marc Hasse
Graphen besteht aus einer einzigen Lage Kohlenstoffatome - hier aufgerollt als sogenannte Kohlenstoffnanoröhre -, die extrem stabil verbunden sind.

Foto: TU Delft

Graphen besteht aus einer einzigen Lage Kohlenstoffatome - hier aufgerollt als sogenannte Kohlenstoffnanoröhre -, die extrem stabil verbunden sind. Foto: TU Delft

Ihre Erkenntnisse über Graphen, das dünnste Material der Welt, bescheren zwei russischen Forschern den Nobelpreis.

Hamburg. Es ist vielleicht die ultimative Membran, manche sprechen gar von einem "Wundermaterial": Graphen (gesprochen: Grafehn), eine Variante des Kohlenstoffs, für deren Erforschung die Wissenschaftler Andre Geim und Konstantin Novoselov von der britischen Universität Manchester gestern mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet worden sind.

Ein Wundermaterial? Jede gewöhnliche Bleistiftmine aus Grafit, einer Form des Kohlenstoffs, enthält Graphen in Form von Milliarden übereinander gestapelter Lagen. Zum Schreiben geeignet, verblüffend jedoch höchstens durch mangelhafte Stabilität: Ein leichter Druck mit dem Fingernagel genügt, um die Stange zu zerbrechen.

Mit Graphen wurde erstmals ein zweidimensionales Material isoliert

Seine außergewöhnlichen Eigenschaften entfaltet Graphen erst als Solist auf einer Fläche von millionstel Millimetern - als dünnstes Material der Welt: Eine Lage ist 100-mal zugfester als Stahl, und sie elektrischen Strom und Wärme besser als jedes andere Material, das wir kennen. Deshalb könnte Graphen die Welt der Technik revolutionieren und ganz neue Anwendungen möglich machen, etwa superschnelle Computerchips im Nanoformat, aufrollbare Touchscreens oder intelligente Fensterscheiben, die die Sonneneinstrahlung regulieren.

Einige Experten haben folglich auch mit der Ehrung gerechnet: "Die Auszeichnung ist hoch verdient. Geims und Novoselovs Erkenntnisse sind aufregend und bahnbrechend", sagte etwa Roland Wiesendanger, Nano-Forscher und Leiter des Instituts für Angewandte Physik an der Universität Hamburg.

Graphen besteht aus nur einer Lage Kohlenstoffatomen, es ist also zweidimensional. Während alles, was wir sonst kennen, die Dimensionen Länge, Breite und Höhe umfasst, besitzt Graphen tatsächlich nur eine Ausdehnung in Breite und Länge. Dabei bilden die Kohlenstoffatome ein extrem festes, wabenförmiges Gitter, das sich sowohl ausgebreitet wie eine Miniaturbahn nutzen lässt als auch aufgerollt in sogenannten Kohlenstoffnanoröhren. Viele Physiker hielten es lange nicht für möglich, ein solches zweidimensionales Material zu isolieren. Doch eben dies gelang Andre Geim und Konstantin Novoselov 2004 - durch eine verblüffend simple Methode: Mit Klebeband lösten sie extrem dünne Schichten von einem Grafitblock ab und wiederholten dies so oft, bis nur noch eine Atomschicht übrig blieb. Mittlerweile ist die Forschung soweit fortgeschritten, dass Wissenschaftler Graphen mühelos züchten können.

Zwar gibt es noch keine marktreifen Produkte, die dem - nun wohl noch einmal gesteigerten Hype - um Graphen gerecht werden, doch immer wieder dringen Nachrichten aus den Forschungslaboren, die das Potenzial des Materials verdeutlichen: So will etwa der Computerriese IBM bereits einen Transistor aus Graphen gebaut haben, der sich 100 Milliarden Mal pro Sekunde an- und ausschalten kann. Mit dieser Schaltfrequenz von 100 Gigahertz ist der Transistor den besten Modellen aus Silizium um mindestens das Zehnfache überlegen; langfristig könnte Graphen deshalb Silizium als Basismaterial in der Elektrotechnik ablösen.

Die Preisträger selbst wollten gestern keine allzu großen Versprechungen machen: "Wir wissen noch nicht, wofür man Graphen wirklich anwenden kann", sagte Andre Geim, aber: "Ich hoffe, dass es unser Leben genauso verändern kann wie Plastik." Geim saß zu Hause am Schreibtisch und las gerade seine E-Mails, als die Nobel-Juroren anriefen. "Ich dachte nur: Oh Shit, wie aufregend", sagte er. Dann allerdings sei ihm klar geworden, "dass ich nun all die anderen schönen Preise nicht mehr bekommen werde". Dass der Forscher die Ehrung mit Humor kommentierte, hat einen Grund: Es ist nicht sein erster Nobelpreis. Bereits im Jahr 2000 erhielt der heute 51-Jährige den Ig-Nobelpreis der Harvard-Universität für skurrile wissenschaftliche Arbeiten. Geim hatte damals einen lebenden Frosch mit Hilfe des sogenannten Diamagnetismus frei schweben lassen. Theoretisch, so zeigte er mit dem Experiment, wäre es möglich, auch den Menschen in der Luft zu halten, wenn das Magnetfeld stark genug wäre.

In Physikerkreisen gilt Geim nicht nur als witzig, sondern auch als außerordentlich fleißig. Das soll sich auch nach dem Anruf aus Stockholm nicht ändern. "Ich werde heute zur Arbeit gehen und ein paar Aufsätze fertig machen", sagte der Physiker, nachdem er von seiner Nominierung erfahren hatte.

Hamburger Körber-Stiftung zeichnete Andre Geim 2009 mit Förderpreis aus

Geboren 1958 in der Sowjetunion studierte er zunächst in Moskau Physik und promovierte im nahegelegenen Tschernogolowka. Nach mehreren Auslandsaufenthalten in Großbritannien, den Niederlanden und Dänemark unterrichtet er derzeit in Manchester (ebenso wie sein ausgezeichneter Kollege Konstantin Novoselov, 36, auch er gebürtiger Russe) und als Gastprofessor an der niederländischen Universität von Nimwegen. "Einige der Nobelpreis-Empfänger haben ja danach aufgehört zu arbeiten. Andere denken, sie haben ihn nur zufällig bekommen. Ich gehöre in keine der Kategorien", sagte Geim. "Ich werde einfach weitermachen. Und ich bin sehr stolz auf den Nobelpreis."

Ganz besonders stolz auf Andre Geim ist man in Hamburg. Die Körber-Stiftung hatte dem Physiker erst 2009 den mit 750 000 Euro dotierten Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft verliehen, einen der bedeutendsten Forschungspreise Europas. "Wir sind überrascht und begeistert", sagte Vorstandsmitglied Lothar Dittmer. Die Ehrung sei insofern erstaunlich, weil die Körber-Stiftung durch ihren Preis vor allem herausragende Ideen und Forschungsansätze fördern wolle.

Dabei hat die Stiftung zum zweiten Mal ein gutes Händchen bewiesen, denn mit dem Körber-Preisträger von 1986, dem AIDS-Forscher Luc Montagnier, hatte bereits 2008 ein von den Hamburgern geförderter Top-Forscher die Ehrung aus Stockholm erhalten. Und vielleicht bewahrheitet sich tatsächlich, was Hamburgs Erster Bürgermeister Christoph Ahlhaus prophezeite, als er den Körber-Preis bei der diesjährigen Verleihung als "Hamburger Nobelpreis" würdigte und an die Adresse des Preisträgers Jiri Friml sagte: "Wir werden wieder von Ihnen hören."

Deutsche Nobelpreis-Träger für Physik:



Physik-Nobelpreis an Kohlenstoff-Forscher