Das Erfolgsrezept der Sankt-Ansgar-Schüler ist aufgegangen- die Nanex AG hat aus einem losen Bausatz ein einsatzbereites Rastertunnelmikroskop gemacht! Georg, Tobias und Markus verraten ihre Zutaten: Pizza, Brain und Gas! Mit der richtigen Energiezufuhr, fundierten physikalischen Fachkenntnissen und jeder Menge Durchhaltevermögen haben die Schüler die extrem anspruchsvolle Aufgabe erfolgreich gelöst.

Der Anfang dieser Erfolgsstory liegt schon ungefähr drei Jahre zurück. Die Mitglieder der damaligen Nanex AG hatten den Bausatz für das Mikroskop im Schrank liegen- es fehlten jedoch genauere Informationen, wie der Bausatz nun in ein Mikroskop verwandelt werden sollte. Ein Besuch von NaT mit den Physiklehrern Ansgar Adamski und Martin Biebl bei dem Institut für Angewandte Physik der Uni Hamburg brachte die Wende: Heiko Fuchs, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut, bot seine Hilfe für den Aufbau einer Kooperation an. Mit seiner wissenschaftlicher Unterstützung und den engagierten Nanex-Teilnehmern konnte das Projekt "Rastertunnelmikroskop" starten.

Doch bis zum fertigen Mikroskop war es noch ein ziemlich weiter Weg. Es dauerte schließlich noch anderthalb Jahre, bis es einsatzbereit war. Ohne das ständige Aufladen des Energiespeichers kann so ein langfristig angelegtes Projekt natürlich nicht gelingen. Die Pizza war deshalb ein gern gesehener Gast bei den AG-Mitgliedern. Jeden Mittwoch haben sie zwei bis drei Stunden Drähte gelötet, Platinen bestückt und Software programmiert. Dazu kamen auch einige Überstunden am Wochenende wenn es Probleme mit der Software gab. Scheinbar so ganz nebenbei haben sie auch noch Abitur geschrieben. In welchen zwei Stunden Freizeit haben sie das eigentlich noch geschafft? Oder haben sie einander beim Löten Englischvokabeln abgefragt?

Mit dem fertigen Mikroskop können die Schüler nun Objekte im atomaren Größenbereich untersuchen und so einen ersten Blick in die Nanowelt werfen. Die Nanotechnologie widmet sich Strukturen, die kleiner als 100 Nanometer sind- ungefähr so groß wie das Dreitausendstel eines Haares. Eine der größten Herausforderungen beim Bau des Mikroskops war die Anfälligkeit des Geräts für Messstörungen, berichtet Georg. Ein Niesen oder ein lautes Lachen kann die Messung schon durcheinanderbringen. Zur mechanischen Isolation haben die Schüler schon einen Fahrradschlauch unter die Platte gelegt. Aber nicht alle Schwingungsquellen lassen sich so leicht austricksen. Während der Vorstellung des fertigen Mikroskops vor Mitschülern, Lehrern und NaT-Geschäftsführerin Sabine Fernau fordert Markus die Zuhörer deshalb ein bisschen spöttisch auf: „Bitte nicht schwingen!“. Dann kann die Messung losgehen.

Die elektrisch leitende Nadel, von den Schülern Spitze genannt, spielt beim Messen die entscheidende Rolle. Sie wird in Schlangenlinien über eine Oberfläche gefahren und nimmt dabei möglichst viele einzelne Punkte ab. Diese einzelnen Rasterpunkte werden dann zu einem Bild zusammengefügt. Um die Spitze bewegen zu können, haben die Schüler Piezo-Kristalle angebracht. Die Ladungsunterschiede zwischen den einzelnen Ecken des Kristalls erzeugen einen Ladungsunterschied, mit dem sich die Spitze steuern lässt.

Das Bild, das die Schüler vor den erstaunten Augen ihrer Zuschauer erschaffen, erinnert zunächst an eine Abbildung aus dem Erdkunde-Atlas: eine Berg-Tal-Formation, wie sanft abfallende Sanddünen. Tobias erklärt, wie dieses Bild zustande kommt. Sie haben die Spitze des Mikroskops über die Oberfläche einer Goldfolie wandern lassen. Die Abbildung, die uns das Mikroskop liefert, gibt jedoch nicht die topographische Oberflächenstruktur der Folie wider, sondern die elektronische. Die Berge und Täler, die wir auf der Abbildung sehen, zeigen in Wirklichkeit die Dichte der Elektronen. Nach der Einweihung des Mikroskops bekommen die Schüler einen herzlichen und sehr verdienten Applaus. „Wir sind stolz, solche Bilder zustande gebracht zu haben“, sagt Markus zu Recht. Für die Schüler war das Schönste an dem Projekt eindeutig die großartige persönliche Erfahrung: „Das ist eine Riesensache gewesen“, meint Tobias. Doch auch notentechnisch kann sich ihre Arbeit sehen lassen. Das Projekt ist als besondere Lernleistung mit ins Abitur eingeflossen- mit der Bestnote 15 Punkte.

Und jetzt? Geht die Reise ins Reich der Nanotechnologie weiter? Zumindest in Richtung Naturwissenschaft und Technik, da sind sie sich einig. Physik, Informatik und Informatik-Ingenieurwesen an der TU Harburg sind die Studiengänge der Wahl.

Doch damit ist das Projekt Rastertunnelmikroskop noch lange nicht abgeschlossen. Georg hat schon jede Menge Ideen wie es weitergehen könnte und holt seine Mitschüler gleich mit ins Boot: der entscheidende Faktor für die Verbesserung der Arbeitsqualität ist die Software. Mit Programmen, „die seit den 90ern nicht mehr aktuell sind“ bekomme man eben keine qualitativ hochwertigen Messungen hin. Da könne sich ja vielleicht mal ein Mitschüler dransetzen, der Spaß am Programmieren hat. Auch dem Physiklehrer Herrn Biebl fällt noch etwas ein: zur besseren Isolation des Mikroskops müsse man eine Vakuumglocke bauen, ähnlich wie die an der Uni Hamburg. Mit dieser Glocke kann man einfach den Sauerstoff rausnehmen und auch andere Störfaktoren ausschließen. Dann ist es auch egal, ob das Publikum „mitschwingt“.

Die NaT gratuliert ganz herzlich zur tollen Leistung der Nanex AG! Wir drücken die Daumen, dass die gemeinsame Arbeit am Mikroskop genauso engagiert und motiviert weitergeht!