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Andre Geim – Körber-Preisträger 2009

Andre Geim entdeckte im Oktober 2004 einen Stoff, den es, wie Forscher zuvor lange glaubten, gar nicht geben könne: ultraflache Kristalle aus nur einer Lage von Kohlenstoffatomen. Diese »zweidimensionalen« Kristalle namens Graphen stecken voller Überraschungen. Sie sind hart wie Diamant, aber dennoch biegsam. Sie leiten elektrischen Strom besser und schneller als die meisten anderen Materialien – und versprechen die Mikroelektronik sowie Computertechnik zu revolutionieren. 2009 wurde Andre Geim mit dem Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft ausgezeichnet.

2004 gelang es Andre Geim, die weltweit ersten zweidimensionalen Kristalle herzustellen. Sie bestehen aus einer Lage einzelner, dicht gepackter Kohlenstoff-Atome, die als »Atom-Gaze« zu einer stabilen Schicht verwoben sind. Diese so genannten Graphene sind wahrhaft zweidimensional, da sie nur eine Atomlage »dick« sind – flacher geht es in der Welt der Atome nicht. Sie repräsentieren damit eine völlig neue Stoffklasse, denn zuvor waren alle bekannten Materialien dreidimensional. Ebenfalls bahnbrechend sind die mit Graphenen entwickelbaren Technologien. Geim ist es unter anderem gelungen, Prototypen winziger Transistoren auf Graphen-Basis zu entwickeln. Sie sind rund zehn mal kleiner als die kleinsten herkömmlichen Prototypen und schalten mit nur einem einzigen Elektron. Graphen-Transistoren könnten in nicht allzu ferner Zukunft Silizium-Transistoren ersetzen, die – zu Millionen in Mikrochips gepackt – heute »Herzstück« praktisch aller Geräte der Unterhaltungselektronik sind, vom Flachbild-TV über Computer bis zum Handy. Silizium-Schaltkreise lassen sich nur noch schwer weiter verkleinern; die Halbleiterhersteller stoßen bereits an die Grenzen des physikalisch Machbaren. Die nochmals feineren Strukturen der Graphen-Transistoren stehen in der Welt der Mikroelektronik für »schneller« und »energiesparender«. Außerdem können Graphen-Schichten, die rund eine Million Mal dünner sind als ein Blatt Papier, auf Glasscheiben und Monitore aufgetragen werden. Die Schichten sind elektrisch leitfähig und verändern, ähnlich wie Flüssigkristalle in Flachdisplays, durch Anlegen einer Spannung ihre Lichtdurchlässigkeit. Damit lassen sich unter anderem Fensterscheiben fertigen, die Sonneneinstrahlung »intelligent« regulieren. Weiterhin verspricht die Graphen-Technologie neuartige Flachdisplays und extrem empfindliche chemische Sensoren. Auch Quantenphysiker erhalten mit Graphen ein hochinteressantes neues Forschungsfeld. Ladungsträger in Graphenen verhalten sich nicht wie normale Elektronen, sondern wie masselose relativistische Teilchen (vergleichbar »Neutrinos«, aber mit elektrischer Ladung). Damit können Physiker »auf dem Labortisch« Quanten-Phänomene studieren, für die sie bislang riesige und teure Teilchenbeschleuniger benötigten.

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