Die kleinsten Stadtmusikanten der Welt: Nur so hoch wie ein Haar dick ist.

Das Bremer Mikro-Quartett Esel, Hund, Katze und Hahn ist mithilfe der Nanolithografie dreidimensional hergestellt.

Nicht einfach nur mini, sondern mikro: Mit bloßem Auge sind die Bremer Stadtmusikanten nicht mehr zu erkennen. Jedenfalls nicht die, die durch eine Zusammenarbeit des Bremer Instituts für angewandte Strahltechnik (BIAS GmbH) an der Universität Bremen mit der Nanoscribe GmbH in Eggenstein-Leopoldshafen bei Karlsruhe entstanden sind. Nun streben beide den Eintrag ins Guinness-Buch der Rekorde an. Bei gutem Auge sind alle vier Musikanten zusammen vielleicht noch als Pünktchen zu erahnen, und den Beweis für ihre Existenz kann nur die Aufnahme mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) liefern.

Was vielleicht anmutet wie eine Spielerei, hat durchaus einen ernsthaften Hintergrund. Für seine Forschungen suchte das BIAS nach einem System, das extrem kleine Objekte mit einem Laser-Lithografie-Verfahren herstellen kann. Angewendet werden solche Verfahren zum Beispiel zur Herstellung von Strukturen in der Halbleitertechnologie bei der Produktion von Computer-Chips.

Zur Entstehung: Ein Laserstrahl schreibt in Fotolack, der auf einen Objektträger eines Mikrokops aufgetragen wurde. Der Femtosekunden-Pulslaser wird durch ein Linsensystem weiter fokussiert. Im Fokus nimmt der lichtempfindliche Fotolack die Energie auf: Der Fotolack absorbiert das Licht, es findet ein chemischer Prozess statt, und der Lack härtet an dieser Stelle aus. Der Zwei-Photonen-Prozess wird durch die extrem hohe Energiedichte im zentralen Fokusbereich möglich. Das System fährt die nach den geometrischen Eckdaten (dreidimensionale, digitale Form) vorgegebenen Strukturen ab. In einem letzten Schritt wird das nicht belichtete, also nicht ausgehärtete Material entfernt - und dann stehen sie da, die Bremer Stadtmusikanten, gerade rund 80 Mikrometer "groß", also nur so hoch wie ein durchschnittliches, menschliches Kopfhaar dick ist.

Und wofür wird das System gebraucht?  Der Geschäftsführer am BIAS Ralf B. Bergmann erklärt: "Für die weitere Optimierung bestehender oder die Entwicklung neuer Produkte müssen auch Optiken miniaturisiert werden. Die Möglichkeiten mit konventionellen Optiken sind da recht begrenzt". Für neue Entwicklungen werden diffraktive optische Elemente benötigt. Mit ihnen lässt sich das Licht in weitaus flexiblerer Art und Weise beeinflussen als zum Beispiel mit herkömmlichen Linsenoptiken. Aber diese Elemente haben Strukturgrößen, die wesentlich kleiner sind als die sichtbaren Lichtwellenlängen. Mit dem neuen System können die Forscher solche 3D-Nano-Strukturen für optische Anwendungen herstellen.

BIAS Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH/Sabine Nollmann/KP