­Nanoscience

Seit fast drei Jahrzehnten macht der Begriff „Nano“ Furore: ob als gemeinsamer Nenner für die in kleinen Dimensionen forschende Community, als Türöffner für neue Forschungsgelder oder als Reizwort in der Öffentlichkeit. Dennoch sind Bücher rar, die erfolgreich den fächerübergreifenden Bogen des Gebiets spannen können. Hans-Eckardt Schaefer präsentiert in seinem neuen Buch die Früchte seiner internationalen Lehr- und Forschungstätigkeit auf diesem Gebiet seit den 1990er-Jahren. In zwölf Kapiteln spannt es den Bogen von den grundlegenden Prinzipien über Nanomaterialien bis zu Anwendungen in Biologie und Medizin.
Ausgehend von den frühen ­Visionen eines Gordon Moore und eines Eric Drexler, gibt der Autor zunächst einen Überblick über skalenabhängige Material­eigenschaften und nanoskalige Mess- und Mikroskopiemethoden, wobei der Autor bis zu den modernsten Techniken vordringt (z. B. STED-Mikroskopie). Die verschiedenen Syntheseverfahren („bottom-up“ und „top-down“) für Nanopartikel, -drähte, -röhren und -schichtsysteme bis hin zu nanoporösen ­Systemen werden – aus vorwiegend physikalischer Sicht – abgehandelt.

Zentral für das Verständnis ist das Kapitel über Dimensionalitäts-effekte, die beispielsweise aus Quantenconfinement, Ladungsquantisierung oder Wechselwirkung mit der magnetischen Austauschlänge resultieren; hier findet der Leser interessante Ausflüge in die Metamaterialien, Biosensorik und Röntgenspiegel. Nach einem ausführlichen Kapitel über Kohlenstoff-Nanoobjekte widmet sich der Autor einem seiner Spezialgebiete, nämlich den nanokristallinen Materialien und ihren Besonderheiten.

Im weiteren Verlauf wendet sich das Buch weiteren relevanten Systemen und ihren Anwendungen zu: Nanoelektromechanische Systeme (NEMS), Nanoadhäsion (Gecko-Oberflächen), Nanophotonik und Nanomagnetismus. Ein Ausflug in die supramolekulare Chemie führt auf die Spur neuer Konzepte für Katalyse, Photovoltaik, Brennstoffzellen und Batterien. Danach wagt der Autor den Sprung in die Biologie und die Medizin auf der Nanoskala. Schwerpunkte sind molekulare Motoren, Membrankanäle und biomimetische Materialien. Die Nanomedizin wird aus diagnostischer wie auch therapeutischer Sicht behandelt. Obwohl die physikalische Perspektive überwiegt, sind die Ausflüge in die Chemie, Biologie und Medizin überzeugend gelungen.

Leichte Kost ist dieses Buch nicht: Zwar ist es gut lesbar, aber recht dicht, manchmal vielleicht zu dicht geschrieben. Daher eignet es sich eher für fortgeschrittene Leser. Wem Begriffe wie Coulomb-Blockade, Plasmonenresonanz oder Orowan-Stress noch fremd sind, der wird parallel dazu grundlegendere Lektüre benötigen. Wer eine gut organisierte Fundgrube für Wissen und Referenzen zur modernen Nanowissenschaft schätzt, wird dieses schön illustrierte Buch nicht missen wollen.

Prof. Dr. Eduard Arzt, INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien und Universität des Saarlandes, Saarbrücken