KarbontechnologieBiegsame Computer

Eine neue Kohlenstoffverbindung beflügelt die Fantasie der Physiker. Den Nobelpreis haben sie schon. von Alexander Stirn

Graphen. Mehr braucht Jari Kinaret eigentlich nicht zu sagen. Ein Wort genügt dem Festkörperphysiker von der schwedischen Chalmers-Universität, um die Bedeutung seines Flaggschiff-Projekts klarzumachen. Denn Graphen gilt derzeit als das Wundermaterial schlechthin. 2004 wurde die Kohlenstoffvariante, die aus einer einzigen Atomlage besteht, erstmals hergestellt, und schon im vergangenen Jahr erhielten ihre Entdecker dafür den Physiknobelpreis . Heute arbeiten mehr als 140 Gruppen in ganz Europa an dem verheißungsvollen Material. Fast alle sind an dem Flaggschiff-Antrag beteiligt und hoffen auf einen Anteil an den Forschungsmilliarden.

Graphen werde die Welt verändern, sagen seine Anhänger, es werde Silizium als Basis aller elektronischen Geräte ablösen und so alltäglich werden wie heutzutage das Plastik. Seine Kritiker sagen, es sei völlig überbewertet und müsse seine Praxistauglichkeit erst noch unter Beweis stellen.

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Initiative

Mit ihrer »Flaggschiff-Initiative« will die EU-Kommission zwei visionäre Großprojekte in der Informations- und Kommunikationstechnologie (ICT) voranbringen. 26 Forscherteams haben ihre Ideen eingereicht – zuletzt kämpften noch sechs Kandidaten um die die Endausscheidung. Die zwei Sieger unter den Flaggschiff-Finalisten erhalten ab 2013 eine jährliche Projektunterstützung in Höhe von 100 Millionen Euro. Diese Projekte haben sich beworben.

Sensoren

Intelligente, autonome Minisensoren sollen uns künftig wie Schutzengel im Alltag begleiten. Sie könnten zum Beispiel vor Naturkatastrophen warnen oder verschiedene Körperfunktionen messen und die Daten an Ärzte weiterleiten. Forscher unter Führung der ETH in Zürich und Lausanne wollen die Technik-Engel entwickeln.

Graphen

Es gilt als Wundermaterial des 21. Jahrhunderts: Graphen ist eine Schicht aus Kohlenstoff, die nur eine Atomlage dünn ist, dabei stärker als Diamant und hundertmal fester als Stahl – jedoch leicht und flexibel. Unter Koordination der schwedischen Chalmers University of Technology soll das ganze Potenzial des Wunderstoffs erforscht werden.

Futur-ICT

Von einem »Wissensbeschleuniger« träumen Forscher um Dirk Helbing von der ETH Zürich. Sie wollen einen »Living Earth Simulator« schaffen, eine weltumspannende Analyseplattform, die mit Echtzeitdaten gefüttert wird und globale Abhängigkeiten und Zusammenhänge aufzeigt. Damit sollen sich zum Beispiel Krisen in Politik, Umwelt und Gesellschaft besser vorhersagen lassen.

HBP

Wie simuliert man das menschliche Gehirn? Und wie bringt man Computern »menschliches« Denken bei? Solche Fragen will ein europaweites Forscherkonsortium im Human-Brain-Project (HBP) unter Leitung von Henry Markram beantworten.

Medizin

Die maßgeschneiderte Therapie ist das Ziel eines Projektes, das der Berliner Genomforscher Hans Lehrach koordiniert. Eine riesige Datenbank soll mit allen vorhandenen medizinischen Informationen gefüttert werden und für jeden Patienten eine individuelle Behandlung ermöglichen.

Roboter

Begleitroboter könnten uns künftig in allen Lebenslagen zur Seite stehen. Davon träumen Forscher an der italienischen Scuola Superiore Sant’Anna. Ihr Ziel: Technische Gefährten mit emotionalen und kognitiven Fähigkeiten ausstatten und sie so zum gefälligen Diener des Menschen machen.

Graphen ist ein Stoff der Superlative. Die in einem flachen Sechseck angeordneten Kohlenstoffatome – eine Miniaturvariante des Hasendrahts – leiten den Strom weitaus besser als Silizium. Zugleich haben sie die beste Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Materialien. Chiphersteller, die mit der Abwärme ihrer immer dichter gepackten Schaltkreise zu kämpfen haben, lässt das aufhorchen.

ZEIT Wissen 5/2011
ZEIT Wissen 5/2011

Dieser Text stammt aus dem aktuellen ZEIT Wissen Magazin, das am Kiosk erhältlich ist. Klicken Sie auf das Bild, um auf die Seite des Magazins zu gelangen.

Seine festen Kohlenstoffbindungen machen Graphen zudem zum stärksten aller Materialien. Trotz des geringen Gewichts ist es mehr als hundertmal so reißfest wie Stahl. Neue Verbundwerkstoffe im Auto- und Flugzeugbau scheinen möglich. Graphen ist transparent und damit interessant für die Produktion von Touchscreens. Es ist flexibel genug, um in Kleidungsstücken verarbeitet werden zu können. Und es ändert seine Leitfähigkeit, wenn es mit anderen Molekülen in Kontakt kommt – ideal für empfindliche Sensoren.

Das Flaggschiff-Projekt will sich um sämtliche Superlative kümmern. Manche Hoffnung werde man sicherlich enttäuschen, sagt Jari Kinaret, dafür werde es andere Überraschungen geben. So sei Forschung eben. Vollmundig verspricht man schon mal einen »radikalen Wandel in der Informationstechnologie«.

Leserkommentare
  1. hier den Anschluss zu verpassen. Die Graphen-Forschung ist hochspannend, die Möglichkeiten vielfältig. Graphen ist relativ leicht herzustellen, Kohlenstoff überall verfügbar. In Kombination mit den genannten Eigenschaften kann ich nicht sehen, warum man sich in der Forschung hier zurückhalten sollte.

    6 Leserempfehlungen
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    Wenn Sie die scotch-tape Methode meinen, ist es sicherlich einfach, Graphen herzustellen. Wenn es aber um integrierte Schaltkreise geht, brauchen Sie skalierbare Verfahren, mit denen man akkurat und in hoher Reproduzierbarkeit extrem kleine Strukturen erstellen kann. Und das sehe ich bei Graphen nicht. GaAs hat übrigens ebenfalls eine erheblich größere Elektron-Mobilität als Si; es hat sich trotzdem nicht durchgesetzt. Cray ist daran fast zugrunde gegangen.

    Ich sehe übrigens nicht, dass sich Europa hier in der Forschung zurückhält; die beiden Nobelpreisträger arbeiten schliesslich in Manchester.

    Wenn Sie zu viel Geld in ein System pumpen, kriegen Sie sowas wie Transrapid oder einen schnellen Brüter: teure Technologien, die nicht praxistauglich sind. Was in der Entwicklung teuer ist, ist meist auch in der Produktion teuer.

    Gute Ideen entstehen immer aus Mangel nicht aus Überfluss.

  2. Also, wenn alles so läuft wie prognostiziert, kann ich meinen Laptop in 20 Jahren als Edelstein am Handgelenk tragen. Dazu ein Mikrofon zur Eingabe und eine 3D Brille. Damit bin ich von der Realität weitgehend unabhängig, während mir meine Jacke verrät wann ich vor einen Bus laufe.

    In unserer Welt ist die Frage "Was ist Fortschritt eigentlich?" weitgehend hinter "Wer hat im Geschäft die Nase vorn?" zurückgeblieben. Vielleicht ist es eines der wenigen positiven Aspekte der zerfallenden Weltwirtschaft, das wir uns bald mit der Frage auseinandersetzen müssen, was in unserem Leben wirklich wichtig ist, und wie wir dort, jeder für sich und seine direkte Umgebung, Fortschritt erziehlen.

    Natürlich ist der wichtigste wirtschaftliche Aspekt des Artikels die zukünftige Unabhängigkeit von bestimmten seltenen Rohstoffen. Daher bin ich durchaus der Meinung, das hier massiv investiert werden sollte. Nur eben, es kommen im besten Fall Produkte heraus, aber kein Fortschritt. Die Wirtschaft kann den nicht (mehr) erzeugen.
    Das müssen wir selbst erledigen.

    15 Leserempfehlungen
    • c3p0
    • 06. September 2011 19:23 Uhr

    Wenn es denn ach so sicher ist, daß dieses Mal der Kohlenstoff die Lösung aller Menschheitsprobleme birgt, warum investieren dann nicht die Unternehmen in die Forschung, die später davon profitieren wollen? Oder tun sie das vielleicht bereits, werden hier nur nicht erwähnt, weil sie keinen Förderantrag gestellt haben?

    2 Leserempfehlungen
  3. "Schon 2014, so die hochtrabenden Ankündigungen, sollen die ersten Produkte auf den Markt kommen."

    Bis 2014 geht die Welt erstmal pleite!
    Daran ändern auch diese technologische "Heilsversprechungen" nichts. Selbst in unserer marketing- und mediengelenkten Demokratie.

    Eine Leserempfehlung
  4. "Die in einem flachen Sechseck angeordneten Kohlenstoffatome – eine Miniaturvariante des Hasendrahts – leiten den Strom weitaus besser als Silizium"

    Auf die geringe Gefahr, dass ich mich möglicherweise irre:
    Es mag ja sein, dass Siliziumhalbleiter gemeint sind, aber mir wäre neu wenn *reines* Silizium gut Strom leitet. Aber selbst wenn die Halbleiter gemeint sind: Sie werden nicht verwendet weil sie so gut "Strom leiten", also einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand haben, sondern wegen der Beeinflussbarkeit der Stromrichtung und des Widerstands. Will man Strom leiten, verwendet man gemeinhin eher Kupfer oder andere Metalle.

    9 Leserempfehlungen
  5. Entfernt. Bitte äußern Sie artikelbezogene Kritik anhand sachlicher Argumente. Danke. Die Redaktion/wg

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen

    [...] Zu den vielen inhaltlichen Schwächen sind ja hier schon andere Kommentare eingegangen. Zum Text selber nur ein Beispiel (von vielen im Text):

    > Auch Kohlenstoff-Nanoröhrchen, eine aufgerollte Variante des Graphens,
    > sind in den vergangenen Jahren mit reichlich Vorschusslorbeeren bedacht
    > worden. Erfüllt haben sie die hohen Erwartungen nicht. Warum sollte es
    > beim Graphen anders sein?

    Wie gesagt, polemische, rhetorische Frage am Ende. Und, wird im weiteren Verlauf irgendwie vom Autor dargelegt, warum er offensichtlich der Meinung ist, Graphene erfüllten die in sie gesetzten Erwartungen nicht? Fehlanzeige.

    Mal ganz zu schweigen davon, dass nirgendwo auch nur ansatzweise begründet wird, warum denn die zuvor erwähnten Nanotubes die in sie gesetzten Erwartungen nicht erfüllt hätten.

    Ich hoffe, liebe(r) wg von der Zeit-Redaktion, dass dieser Kommentar als die geforderte artikelbezogene Kritik qualifiziert. Ansonsten einfach wieder die Löschtaste drücken...

    Teil entfernt. Bitte verzichten Sie auf Pauschalurteile und konzentrieren Sie sich auf die sachliche Kritik anhand von Argumenten. Danke. Die Redaktion/wg

  6. Sie haben vollkommen recht, Silizium leitet Strom schlecht und das ist der Grund wieso Prozessoren so heiß werden und aufwändig gekühlt werden müssen. Und an der Stelle kommt Graphen ins Spiel. Graphen leitet Strom sehr gut(Kohlenstoffnanoröhren leiten Strom z.B. besser als Kupfer oder Gold) und man kann es so manipulieren dass es die selben Eigenschaften wie dotiertes Silizium erhält. So kann man damit entweder sehr leistungsfähige oder stromsparende Prozessoren bauen.

    5 Leserempfehlungen
    • Banana
    • 06. September 2011 22:04 Uhr

    Von Fullerenen (Fußballmoleküle) und Nanoröhrchen auf Graphen zu schließen, ist einfach nur lächerlich.
    Schon die von Geim und Novoselov entdeckte Tesafilm-Methode zur Gewinnung kleiner Grapehnflocken ist dermaßen simpel, dass sofort unzählige Arbeitsgruppen damit beginnen konnten, Graphen zu erforschen, während die Herstellung von Fullerenen und Nanoröhrchen sehr kompliziert und aufwändig ist.
    Und auch die Verfahren zur Herstellung großer Graphenflächen sind im Vergleich zu diesen Verfahren extrem einfach und liefern im Gegensatz zu diesen sehr gute, reproduzierbare Ergebnisse.
    Es macht eben einen großen Unterschied, ob wir ein hauchdünne, aber ansonsten ausgedehnte Fläche oder in allen Dimensionen winzig kleine Objekte wie Nanoröhrchen haben.

    @Lappenheimer
    Viel interessanter als die Leitfähigkeit für Anwendungen in der Mikroelektronik ist die Ladungsträgerbeweglichkeit, bzw. Mobilität - und diese ist bei Graphen wirklich extrem hoch, wodurch u.A. deutlich höhere Taktfrequenzen bei Bauteilen aus Graphen möglich sind als bei Bauteilen aus Silizium oder auch Galliumarsenid.

    Und dazu gibt es keine Unterscheidung zwischen reinem Silizium und einem "Silizium Halbleiter". Denn (kristallines) Silizium ist nun mal einfach ein Halbleiter.
    Aber nur dotiertes Silizium hat eine hohe Leitfähigkeit, weil es dort viel mehr Ladungsträger gibt als in intrinsischem, undotiertem Silizium.
    Graphen verhält sich dagegen je nach Form der Probe mal wie ein Metall und mal wie ein Halbleiter.

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