RUBENS Nr. 154 - 1. Oktober 2011
RUB » RUBENS » Ausgabe 154 » Artikel

Atompuzzle

Humboldt-Stipendiat Shinya Iwashita bastelt Materialien aus Nano-Teilchen

Eigentlich wollte er als Kind Baseballspieler werden, doch in der Schule war für Shinya Iwashita plötzlich klar, dass er lieber Ingenieurwissenschaft studieren möchte. Anstatt Bälle mit einem Schläger zu bewegen, erforscht der Humboldt-Stipendiat aus Japan nun, wie man winzigkleine Teilchen transportieren kann, ohne sie zu berühren – quasi wie Baseball ohne Schläger. Dazu braucht er keine Zauberei, sondern lediglich ein bisschen Plasmaphysik.

Auf die Frage, warum er nach Bochum kam, antwortet Shinya Iwashita: „Weil sie hier die Ionendichteverteilung kontrollieren können.“ Vielleicht kann das nicht jeder nachvollziehen, aber für den Japaner war klar, in welches Labor er nach seiner Doktorarbeit gehen wollte. Bereits während seiner Promotionsphase an der Kyushu-Universität (2008-10) stattete er dem RUB-Lehrstuhl für Plasma- und Atomphysik von Prof. Uwe Czarnetzki einen Besuch ab. „Damals hatte ich schon einen guten Eindruck von dem Labor. Es ist berühmt für seine Technik. Man kann hier viele komplizierte Messungen durchführen, das wollte ich lernen.“

Plasmen und Kristalle

In seinem ersten Jahr an der RUB wurde Shinya Iwashita von der Japanese Foundation finanziert. Nun ist er zwei Jahre lang Humboldt-Stipendiat. Für diese Zeit hat er sich viel vorgenommen: „Wir wollen eine neue Technik entwickeln, mit der wir Materialien aus einzelnen Atomen zusammensetzen können“, erklärt der Japaner. „Mit dieser so genannten Bottom-up-Methode könnten wir eigentlich alles herstellen, was wir möchten: Werkstoffe härter als Eisen oder Medikamente. Das ist sehr kompliziert und klingt nach Fantasy, aber ich denke, es wird in Zukunft möglich sein.“ Um tatsächlich Materialien von klein auf zu produzieren, muss der Ingenieur mit seinen Kollegen zunächst geeignete Teilchen herstellen, die ihm als Grundbausteine dienen. Diese Teilchen muss er dann kontrolliert transportieren und positionieren können, um schließlich komplette Materialien daraus zu fertigen.
Den ersten Schritt des Forschungsprojekts hat Shinya Iwashita bereits an der Kyushu-Universität gemeistert. „Wir benutzen Plasmen, um die Teilchen zu produzieren. Je länger das Plasma brennt, desto größer werden die Teilchen.“ Dabei handelt es sich um amorphe Kristalle, also Kristalle ohne eine bestimmte Form, von etwa 20 bis 30 Nanometern Größe. Der Japaner arbeitet u.a. mit Siliziumdioxid, das für die Halbleiterherstellung wichtig ist. Während seiner Zeit als Humboldt-Stipendiat möchte Shinya Iwashita nun den zweiten Schritt des Forschungsplans verwirklichen: Teilchen transportieren.

Berührungslos

„Teilchen zu transportieren ist ziemlich schwierig“, erklärt er. „Wenn wir mit unserer Hand einen Bleistift von einem Tisch auf einen anderen legen, heben wir ihn einfach hoch, legen ihn ab und lassen ihn wieder los. Wenn man ein Teilchen mit etwas greift, kann man es nicht wieder loslassen, weil es an der ‚Hand‘ hängen bleibt.“ Deswegen sucht der Ingenieur einen Weg, die Teilchen mit Hilfe von Plasmen zu bewegen, ohne dass sie dabei mit etwas in Berührung kommen. Hier kommt die Kontrolle der Ionendichteverteilung ins Spiel. Die Forscher am Lehrstuhl von Prof. Czarnetzki entwickelten eine Methode, um diese Eigenschaft des Plasmas zu manipulieren – das zu können, ist der Schlüssel zum berührungslosen Teilchentransport.
Die Ionendichteverteilung bestimmt, wo im Plasma sich die Teilchen aufhalten. „Wenn wir die Ionendichteverteilung abrupt ändern, bewegen sich die Teilchen mit einer kurzen Verzögerung an einen anderen Ort“, erzählt Iwashita und zeigt eine Filmsequenz, die beweist, dass er die Teilchen wie auf Knopfdruck durchs Plasma hüpfen lassen kann. Das allein reicht aber noch nicht aus. Daher wird der Japaner in den kommenden zwei Jahren austüfteln, wie er die Teilchen gezielt transportieren kann. Obwohl das wahrscheinlich schon genug Beschäftigung für seine Zeit in Deutschland wäre, hat er sich noch mehr vorgenommen: „Ich war zwei Monate lang bei einem Deutschkurs und kann jetzt ein kleines Bisschen sprechen. Ich lerne gerne Sprachen und möchte mich richtig auf Deutsch unterhalten können.“
Alles in allem hat er sich schon bestens eingelebt. Bei den positiven Aspekten Bochums steht für ihn ganz oben auf der Liste, dass die öffentlichen Transportmittel quasi Tag und Nacht verkehren. „In meiner Heimatstadt Fukuoka stehen die Züge nachts komplett still und man muss mit dem Taxi fahren.“

Schwimmen statt surfen

Einen Minuspunkt erhält das Ruhrgebiet im Vergleich zu seiner japanischen Heimat jedoch, weil Iwashita hier nicht seinem Lieblingshobby nachgehen kann: surfen. „Ich gehe jetzt öfter schwimmen, das ist immerhin auch im Wasser“, erzählt er. „Aber das Surfen vermisse ich schon.“ Auch an andere Dinge musste er sich erst gewöhnen: „Das Essen hier ist wirklich anders. Das Problem ist, dass ich nicht koche. In Japan kann ich alles fertig gekocht kaufen, aber in Deutschland sollte man kochen können, um die wirklich guten Sachen zu bekommen. Für mich ist es ein Glück, dass es die Mensa gibt. Trotzdem sollte ich kochen lernen.“
Deutsch lernen, kochen und noch Teilchen transportieren – viel zu tun für zwei Jahre.

Julia Weiler; Foto: Nelle | Themenübersicht