Russlanddeutscher Physiker aus Manchester wird mit Körber-Preis geehrt.

Bereits 2004 machte Andre Geim, Physikprofessor und Direktor des Zentrums für Mesophysik und Nanotechnologie an der Universität Manchester seine revolutionäre Entdeckung. Zusammen mit Konstantin Novoselov entdeckte er ein neuartiges Material, ein zweidimensionales Kristall, das aus dem Graphit hergestellt wird und nannte es Graphen. Am 17. April 2009 wurde Andre Geim für seine Entdeckung mit dem hochdotierten Körber-Preis geehrt.

Sohn russlanddeutscher Eltern, geboren 1958 in Nalchik (Kabardino-Balkarien) studierte Geim im Moskau Physik und promovierte 1987 am Institut für Festkörperphysik im russischen Tschernogolowka. Nach der dreijährigen Arbeit am gleichen Institut wechselte er zunächst an die University of Nottingham, später University of Bath und 1994 an Radboud-Universität Nijmegen, Niederlande und ist seitdem als holländischer Forscher bekannt.

Um die Forschung im Nord-Westen Großbritannien zu fördern, stellte Britische Regierung 2001 Fördergelder in Höhe von 3 Mio. Pfund zur Verfügung, mit der Auflage einen Forscher zu finden, der damit etwas sinnvolles anfangen kann. Die Universität von Manchester kam auf Andre Geim und rief ihn zum Professor für Physik. Sein Team bildete Geim aus Wissenschaftlern, mit denen er bereits vorher gearbeitet hatte. Die meisten kamen aus Russland und studierten an der gleichen Hochschule in Moskau wie er selbst. «Die Darvin-Theorie gilt auch in der Wissenschaft, hier funktioniert der Prozess der natürlichen Auslese. Eine Ausbildung wie an der Physik-Fakultät der Technischen Hochschule in Moskau bekommt man weder in Harvard, noch in Cambridge», sagt Geim.

Zur Entdeckung des Graphens erzählt Andre Geim, dass es lange als unwahrscheinlich galt, einen Stoff mit einer zweidimensionalen Struktur zu finden. In der Natur haben alle bekannten Materialien eine dreidimensionale Struktur. Die Forscher in Manchester machten ein simples Versuch. Sie klebten ein Stück von Graphit auf ein Klebeband und verklebten es zusammen. Riß man das Klebeband auseinander, klebte ein Teil des Graphits auf der einen Seite des Klebebandes und ein anderer Teil auf der anderen Seite. Das kennen wir auch aus unserem Leben. Wenn wir auf Papier mit einem Graphit-Stift schreiben, entsteht ein Linie, die nichts anderes ist, als eine abgelöste Schicht Graphit. Der Stoff ist in dem Sinn wirklich genial, denn es besteht aus Kohlenstoff-Atomen mit sehr starker Bindung zwischen den Atomen in einer Schicht und mit einer leichten Bindung zwischen den Schichten, so dass die einzelnen Schichten sich leicht ablösen. Wiederholt man die Prozedur mit dem Klebeband lange genug, entsteht irgendwann eine Schicht, die nur eine Atomlage dick ist. Und das ist Graphen. Alle Atome in dieser Schicht liegen in einer Ebene und sind zweidimensional und wabenförmig geordnet. Graphen ist eine völlig neue Stoffklasse (weder Metall noch Halbleiter) und hat einige bemerkenswerte Eigenschaften: Es ist härter als Diamant, eine Million Mal dünner als ein Blatt Papier, leitet Wärme und Strom extrem gut, ist reißfest, gasundurchlässig und äußerst stabil.

Die Faszination über den Stoff wächst. Die ersten, die sich fürs Material aus der Nano-Welt interessiert hatten, waren Ingenieure in der Mikroelektronik. Viele verschiedene Bauteile und Transistoren stecken in unseren Computern, Flachbildschirmen, Robotern und Handys und diese Teile sind klein, sogar sehr klein. Doch die Physiker möchten in noch kleinere Dimensionen verstoßen und die Leistungsfähigkeit noch erhöhen. Zur Zeit basiert die Herstellung der Chips auf Silizium, und für die nächste Zeit ist die Miniaturisierung auf dieser Basis gesichert, doch für die spätere Zeit müssen neue Materialien gefunden werden, die noch hinter der magischen Schwelle von 10 Nanometer funktionieren. In dieser Welt der extrem kleinen Größen entstehen bestimmte Quanten-Effekte und die normalen Transistoren verlieren ihre Fähigkeiten. Andre Geim mit seinem Team erarbeiteten eine neue Methode, mit der sie kleinsten Transistoren aus Graphen-Platten «ausschneiden» konnten, die nur aus 10 einzelnen Atomen bestehen. Diese «Quanten Inseln» haben eine Stromleitfähigkeit, die sich von allen bisher bekannten um mindestens eine Größenordnung unterscheidet.

Andre Geim sieht für seinen Stoff Graphen eine erfolgreiche Zukunft, jetzt ist noch nicht klar, in welchen Richtungen die Entwicklung geht. Es wird weiter geforscht, um die industrielle Herstellung des Graphen zu ermöglichen. Vorstellbar sind Graphen-Schichten, die 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 Graphen-Technologie neuartige Flachdisplays und extrem empfindliche chemische Sensoren. Der Forscher selbst sieht seinen Stoff auch in der Lebensmittelindustrie: «Noch ist es so, dass Kartoffelchips in den Tüten, die lange im Regal stehen, pappig werden und nicht mehr schmecken. Stellen Sie sich vor, Graphen würde Folien gasdicht machen, sodass die Haltbarkeit von Lebensmitteln erhöht würde oder die von Bier in Dosen.»

Nach dem Körber-Preis, der auch als "Hamburgs Nobel-Preis" bekannt ist, ist ein Weg zum richtigen Nobelpreis für Andre Geim als Grundlagenforscher frei.

Veronika Hilz