Großflächige Nanostrukturen mit atomarer Präzision
Entwicklungsprojekt für eine Hochpräzisionsmaschine gestartet, die Nanostrukturen auf bis zu einem Quadratmeter Ausdehnung realisieren kann.
Mit einem Kick-off auf der Quantum Photonics Messe in Erfurt und einem fachlichen Kick-off am 19. Mai in Ilmenau starten Thüringer Forschende ein großangelegtes Projekt zur Entwicklung einer neuen Hochpräzisionsmaschine, die Nanostrukturen künftig auf bis zu einem Quadratmeter Ausdehnung realisieren kann – und das mit einer Positionierungsgenauigkeit, die kleiner ist als ein Atom. Die Maschine könnte in Zukunft für verschiedenste Zwecke eingesetzt werden: zur Herstellung von elektronischen oder photonischen Schaltkreisen, von Hochleistungsoptiken für die Erdbeobachtung oder auch in der Energieforschung der Zukunft. Das Forschungsprojekt ist bis 2032 auf drei Phasen angesetzt – die erste wird von der DFG im Rahmen ihres Programms „Neue Geräte für die Forschung“ mit vier Millionen Euro für drei Jahre gefördert.
Mit herkömmlichen Verfahren können hochpräzise Nanostrukturen auf photonischen Bauteilen derzeit nur bis zu einer Größe von dreißig Zentimetern hergestellt werden. Die neue 3D-Nanolithographie- und Nanomessmaschine – kurz: 3D-NLM – der Thüringer Forscherinnen und Forscher soll künftig Bearbeitungen und Messungen photonischer Bauteile mit Abmessungen von bis zu einem Meter ermöglichen – also gut dreimal so groß wie bisher. Die Technische Universität Ilmenau, die Friedrich-Schiller-Universität Jena und das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF aus Jena haben nun mit den Entwicklungsarbeiten begonnen.
Nanostrukturen haben sich in den letzten zwanzig Jahren zu einem wichtigen Schlüssel entwickelt, um vielfältige technologische Herausforderungen zu meistern. Bereits heute gibt es Maschinen zur Nanostrukturierung für großflächige Bauteile. Viele moderne Fernsehgeräte haben Displays, in denen Nanotechnologie steckt. Aber die sind bei weitem nicht so genau, wie sie in den verschiedensten Bereichen von Wissenschaft und Industrie benötigt werden.
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Nanostrukturen spielen eine zentrale Rolle zum Beispiel bei der Herstellung von integrierten elektronischen oder photonischen Schaltkreisen, von Hochleistungsoptiken für die Erdbeobachtung, in der Messtechnik und der Sensorik ebenso wie in der Weltraumforschung. Für das geplante Einstein-Teleskop – eines der ehrgeizigsten wissenschaftlichen Projekte Europas: ein geplantes unterirdisches Observatorium, das das Universum nicht mit Licht, sondern durch Gravitationswellen observieren soll – hat das Fraunhofer IOF hochempfindliche Sensoren entwickelt. Mit Hochpräzisionsmaschinen made in Thüringen werden nanostrukturierte Bauteile für internationale Weltraummissionen hergestellt – und in Zukunft auch photonische Quantenchips für künftige Quantencomputer.
Neben der Größenskalierung von bis zu einem Quadratmeter ist die hohe Genauigkeit der Clou der geplanten Maschine. Die Experten aus Ilmenau streben an, Nanostrukturen zu realisieren, die eine Präzision über die gesamte, einen Quadratmeter große Fläche von bis zu zwanzig Pikometern ermöglichen. Gleichzeitig erlauben sie sich neben der subatomaren Positionsauflösung maximale Strukturierungsabweichungen von nur weniger als zehn Nanometern über das gesamte 3D-Volumen des Arbeitsraums. [TU Ilmenau / dre]
