Goldgläser bald Datenspeicher
Interdisziplinäre Wissenschaftskooperation funktioniert in Adlershof
Während im alten Rom Goldrubingläser, besser bekannt als „Römer“, zur bloßen Zierde hergestellt wurden, sieht Maik Eichelbaum derer Einsatzspektrum zukünftig in neuen leistungsfähigeren Datenspeichern sowie in der Sensorik und Nanooptik. Die Grundlagen dafür hat der junge Doktorand am Lehrstuhl von Professor Klaus Rademann am Institut für Chemie der HU geschaffen: So hat er einen Weg gefunden, Nanopartikel aus Gold gezielt und kontrolliert in Gläsern zu erzeugen. Ohne die interdisziplinäre Forschungskooperation in Adlershof wäre das nicht möglich gewesen.
Mit Synchrotronstrahlung nanostrukturieren
Winzige Glassteine, kaum größer als vier bis fünf Millimeter und nur einen Millimeter dick bestimmen Eichelbaums Forscheralltag. Der Chemiker stellt sie selbst her: eine Mischung aus Quarzsand, Natriumcarbonat und Kalk zuzüglich einer kleinen Prise Goldtrichlorid. Im Adlershofer Institutsteil der Bundesanstalt für Materialprüfung und –forschung (BAM) werden die Gläser geschmolzen. Eichelbaum ist froh, dass es dort bei den Glasforschern einen Ofen mit 1.400 Grad Celsius gibt, den er dafür benutzen kann. Der Schmelzvorgang dauert einen halben Tag, anschließend werden die Glasproben geschnitten und poliert, erst dann kann Eichelbaum mit seinen Untersuchungen beginnen.
Über die Hälfte des zugegebenen Goldes verschwindet beim Schmelzen. Wohin fragte sich Eichelbaum und analysierte erstmal den Goldgehalt der Gläser mittels Röntgenfluoreszenz. Da Doktorvater Rademann eng mit der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) zusammenarbeitet, war es möglich, dafür Strahlzeiten der BAM-Beamline am Elektronenspeicherring Bessy zu nutzen. Eichelbaum fand heraus: Ein Teil des Goldes verdampft und aus dem anderen Teil bilden sich kleine Goldpartikel. Wenn man nun allerdings, wie die Römer, die rubinrote Färbung der Goldgläser durch bloßes Erhitzen herstellt, entstehen nur größere Goldcluster. Um wesentlich kleinere Strukturen zu schaffen, die sich z. B. für den Einsatz in nanophotonischen Bauteilen eignen, begann Eichelbaum die Gläser mit Synchrotronlicht zu bestrahlen. Als Ergebnis zeigten sich nach der Bestrahlung auf dem vorher transparenten Glas bräunliche Färbungen. Das sind Punktdefekte. An diesen Stellen entstehen aber auch so genannte Golddimere, die sich offenbar durch Kombination zweier Goldatome gebildet haben. Anschließendes Tempern bei 550 Grad Celsius lässt die bestrahlten Glasflächen im schönen Rubinrot glänzen. Dort haben sich die begehrten Goldpartikel in Nanometer-Größe gebildet.
Elegante Auslese-Methode
Dr. Löchel und sein Team vom Bessy-Anwenderzentrum für Mikrostrukturierung setzen standardmäßig Masken ein, um durch Synchrotronstrahlung verschiedenste Werkstoffe im Nanomaßstab zu strukturieren. Bei den Goldrubingläsern können diese „eingebrannten“ Informationen aufgrund der Fluoreszenz des Goldes anschließend wieder ausgelesen werden. Eichelbaum kennt keine elegantere Methode des Auslesens. Anwendung finden können die Goldrubingläser daher in den verschiedensten Bereichen wie beispielsweise zum Codieren von Autoscheiben, zur Überwachung der Haltbarkeit von Lebensmitteln oder als günstiges Speichermedium.
Dritte Adlershofer Forschungseinrichtung, mit der Eichelbaum kooperierte, um das Geheimnis der Chemie des Goldes im Glas zu lüften, ist das Hahn-Meitner-Institut. Die Goldrubingläser waren für das Institut ideale Proben für dessen neu aufgebaute Anlage zur Kleinwinkelstreuung. Damit konnte Eichelbaum nachweisen, warum die Gläser nach der Synchrotronstrahlung rot und nach der thermischen Aktivierung grün leuchten. Was jeweils leuchtet ist das Golddimer.
Die Frage, warum bisher kein anderer Wissenschaftler Eichelbaums Methode, der Nanosrukturierung der Goldgläser mit Synchrotronstrahlung, angewendet hat, kann sich der Chemiker nur so erklären: „Nicht jeder hat eine Hochbrillanz-Synchrotronstrahlungsquelle um die Ecke, außerdem ist die Untersuchungsmethode recht teuer.“ Eichelbaum schreibt momentan noch an seiner Doktorarbeit, später würde er gern bei einem großen Chemieunternehmen oder als PostDoc im Ausland arbeiten.
Kontakt:
Maik Eichelbaum
Tel: 2093-7241