90 Millionen für Millionstelmillimeter

90 Millionen für Millionstelmillimeter

Das Nanotech-Forschungszentrum von IBM in Rüschlikon wird Anfang Dezember bereit zur Übergabe sein ? drei Monate früher als geplant. Ein Augenschein im 90-Millionen-Franken-Projekt.

Ruhig ists hier. Enorm ruhig. Würden wir eine Nadel fallen lassen, wir würden wahrscheinlich nicht nur ihren Aufschlag auf dem Boden hören. Sondern auch, wie sie beim Runterfallen die Luft zerschneidet. Wir befinden uns in einem Herzstück des neuen Forschungszentrums für Nanotechnologie (siehe Box) von IBM in Rüschlikon. Es ist eines der Noisefree-Labs ? ein geräuschfreies Laboratorium also. Sechs solcher Laboratorien werden die Forscher bei der Übergabe des Zentrums am 10. Dezember erhalten. Um hier Grundlagenforschung mit extrem sensitiven Messungen und Experimenten durchzuführen.

Wie Weihnachten

Für die Forscher wird das nicht ein verfrühtes Weihnachtsgeschenk sein, sondern so, als würden sie nur einmal in ihrem Leben Weihnachten feiern: «Auf solche Laboratorien haben wir sehr lange gewartet», sagt IBM-Forscher Emanuel Lörtscher. «Sie werden einzigartig sein in der Welt.» Die IBM-Forscher erhoffen sich, die bisherige Messlatte des renommierten National Institute of Standard and Technology in den USA höherzulegen. Das Institut koordiniert zum Beispiel die Weltzeit mit seiner Atomuhr.

Nicht die Stille allein macht diese eher kleinen Räume mit einem Grundriss von rund fünf mal sechs Metern so einzigartig. Sie sind zudem auch nahezu erschütterungsfrei und lassen keine elektromagnetische Strahlung zum Beispiel von externen Stromleitungen hinein ? telefonieren mit dem Handy ist dort drinnen nicht möglich. Die Temperatur wird stabil gehalten: Sie darf sich nicht mehr als 0,1 Grad pro Stunde verändern. Die Forscher ? sie sind im Labor im Endeffekt die grösste Störquelle ? kontrollieren die Experimente von einem Nebenraum aus. Von da aus können sie gar die Lüftung im Experimentraum ganz abschalten und nur mit einer Kühlung von der Decke arbeiten, denn die Lüftung verursacht Luftschall. Was für das menschliche Ohr kaum mehr zu hören ist, könnte die hochsensiblen Forschungsarbeiten im Bereich von Atomen oder gar Elektronenspins stören und Resultate verfälschen.

40 Tonnen schweben

Diese Labors befinden sich im Untergeschoss des neuen Gebäudes: Erfahrungen zeigen, dass dort die Erschütterungen am geringsten sind. In Rüschlikon stehen sie direkt auf dem Erdreich. Die millionenteuren Werkzeuge wie ein Elektronenstrahlschreiber oder ein Transmissionselektronenmikroskop werden zudem auf einem Betonblock mit einem Gewicht von mehr als 40 Tonnen montiert. Und dieser wiederum steht nicht direkt auf dem Boden, sondern schwebt auf aktiv geregelten Luftfedern.

Seit etwas mehr als einem Jahr sind die Arbeiter in Rüschlikon am Bauen: Der Grundstein wurde am 2. Juni 2009 gelegt. IBM erstellt den Bau, der 60 Millionen Franken kosten wird. Weitere 30 Millionen Franken investieren IBM und die ETH Zürich in Geräte. Dass es zu einer Kooperation mit der ETH kommen wird, war von Anfang an klar. Sie wird sich im Forschungszentrum einmieten: Sie wird ein ganzes Stockwerk mit Büros und Labors belegen und gemeinsam mit IBM in einem 900 Quadratmeter grossen Reinraum forschen.

Ursprünglich war die Bauübergabe auf März 2011 geplant. Sie wird jetzt aber bereits viel früher stattfinden: am 10. Dezember, wie IBM-Projektmanager Roger Schneider sagt: «In den letzten Wochen waren bis zu 140 Handwerker auf der Baustelle tätig, das erforderte viel Planung und Logistik.»

Und auch viel Flexibilität. Flexibilität ist ein Begriff, der im ganzen Projekt zentral ist. «In einem solchen wissenschaftlichen Forschungsumfeld wird immer wieder umgebaut, die Bedürfnisse ändern sich laufend», sagt Schneider. Darum musste bereits bei der Planung minutiös darauf geachtet werden, dass alle Räume flexibel genutzt und umgestaltet werden können. Denn im Zentrum soll mindestens in den nächsten 25 bis 30 Jahren geforscht werden. So können in den beiden Bürogeschossen auch kleine Labors eingerichtet werden.

Höhere Ansprüche

Die Räumlichkeiten in einem Stockwerk sind noch frei: IBM sucht neben der ETH und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) weitere Partner. Das Unternehmen denkt dabei laut Mediensprecher Christopher P. Sciacca an Universitäten und weitere private Unternehmen.

Flexibilität, aber auch höchste Ansprüche stelle das ganze Projekt auch an die Bauleitung, sagt Mike Critchley von der Beta Projekt Management AG in Zürich. «Die Ansprüche, die das Forschungszentrum an uns stellt, sind höher als beim Bau eines Spitals», sagt er. Er verdeutlicht dies an einem Beispiel: «Vor Baubeginn mussten wir ein Gebäude abreissen. Das musste aber ohne Erschütterungen passieren.» Denn: In den Laboratorien arbeiten die Forscher ohne Unterbruch. «Die Gefahr, ein Langzeitexperiment zu zerstören, wäre zu gross gewesen», sagt Mike Critchley. Darum wurden die Pfähle für das neue Forschungszentrum auch nicht gerammt, sondern gebohrt. Zudem ist die Versorgung des 900 Quadratmeter grossen Reinraums im Erdgeschoss hochkomplex: Leitungen mussten gezogen werden für die Versorgung der Geräte mit Strom, Prozessgasen, Kühlwasser, Druckluft und hochreinem Wasser.

Vollbetrieb nach drei Jahren

Im Reinraum werden künftig Mikro- und Nanostrukturen in verschiedenen Festkörpermaterialien produziert. Um solch kleine Strukturen fehlerfrei herstellen zu können, muss die Luft extrem stark gefiltert werden, damit keine störenden Partikel auf die Bauteile gelangen können. Temperatur und Luftfeuchtigkeit müssen ebenfalls genau kontrolliert und gesteuert werden.

Bis der Reinraum voll im Betrieb ist und sämtliche Prozesse abgestimmt sind, wird es nach der Bauübergabe noch drei Jahre dauern, sagt Roland Germann, Manager Nanocenter Operations. «Im ersten Jahr werden wir rund die Hälfte der 30 Millionen Franken für die Geräte ausgeben. Und in den folgenden Jahren je 7,5 Millionen Franken.»

Wärme in die Erde

Das Gebäude wird im Minergie-Standard erstellt und über Energietauscher verfügen. Vier Kilometer Erdsonden wurden unter der Tiefgarage verlegt. Das Spezielle daran: Im Sommer wird IBM Wärme, die in den technischen Installationen wie den beiden immensen Lüftungsmaschinen für die Noisefree-Labs und den Reinraum entsteht, in den Boden transferieren. Diese gespeicherte Energie wird in den kälteren Jahreszeiten wieder aus dem Boden abgezapft. «Etwa 70 Prozent der Abwärme können wir so nutzen», sagt IBM-Projektmanager Roger Schneider.

Bild: So wird das Gebäude dereinst aussehen: Nanotech-Forschungslabor von IBM (IBM)
Autor: Thomas Zemp

Nanotechnologie: Kleiner Massstab, grosses Potenzial

Von der Nanotechnologie erwartet man Innovationen auf verschiedenen Gebieten. Heute bereits bekannt sind zum Beispiel kratzfeste Autolacke oder schmutzabweisende Textilien. Noch grösseres Potenzial sehen Experten in Bereichen wie der Nanoelektronik, Sensorik, Medizin sowie in der Energie- und Umwelttechnik.

Unter Nanotechnologie verstehen Forscher die Technik, die hinter Materialien und Systemen steckt, deren Strukturen eine Grösse von 1 bis 100 Nanometer haben. Das ist ungefähr 400-mal dünner als ein menschliches Haar. Ein Nanometer entspricht einem Millionstelmillimeter.

Forschungsschwerpunkte von IBM und der ETH Zürich im neuen Zentrum reichen von Projekten zur Grundlagenforschung bis hin zur angewandten Forschung. Die gemeinsamen Bereiche umfassen kohlenstoffbasierte Materialien, Nanodrähte, Nano-Fotonic und Spintronics.