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Ideelle Geburtsstunde der Nanotechnologien vor 60 Jahren

Richard Feynmans legendärer Vortrag

Nanotechnologie hat sich heute im Alltag etabliert, zum Beispiel in der Computertechnik. Den Anstoß dafür gab heute vor 60 Jahren der US-Physiker und spätere Nobelpreisträger Richard Feynman in einem Vortrag in Kalifornien, der heute als legendär gilt. Viele seiner Ideen sind heute Realität – bis auf eine.

„Wovon ich reden möchte, ist die Manipulation und Steuerung von Dingen im winzigen Maßstab.“

Dezember 1959, die Jahresversammlung der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft am California Institute of Technology. Am Rednerpult ein Physiker, der als scharfzüngiger Querdenker gilt: Richard P. Feynman, 41 Jahre alt. Sein Vortrag wird in die Geschichte der Physik eingehen. Der Titel: „There’s Plenty of Room at the Bottom“, zu Deutsch: „Viel Spielraum nach unten“.

„Feynman wollte erklären, dass es einen Bereich gibt in der Physik, den man noch überhaupt nicht ausgelotet hat, wo es noch viel Raum gab,“ sagt Guido Burkard, Physikprofessor in Konstanz:

„Das war bei der Verkleinerung von Gegenständen, dass man Dinge noch sehr viel kleiner machen konnte. Da hat er sehr visionär in die Zukunft geblickt.“

Auf ein 25.000stel verkleinern

Eigentlich war Feynman Teilchenforscher und befasste sich mit den Grundlagen der Quantenphysik, wofür er 1965 den Physiknobelpreis erhielt. Doch gelegentlich blickte er über den Tellerrand seiner Teildisziplin – wie in jenem Vortrag, als er über die Zukunft der Technologie nachdachte. Eines seiner Gedankenspiele: Wie sehr lässt sich Information auf kleinstem Raum verdichten? Wie stark kann man zum Beispiel Schrift verkleinern? Ende der 50er Jahre war es bereits möglich, das Vaterunser auf die Größe eines Stecknadelkopfs zu bannen – das heißt in einer derart winzigen Schrift, dass das gesamte Gebet auf die Fläche eines Quadratmillimeters passt.

„Da war er total unbeeindruckt und meinte: Das muss noch viel besser gehen,“ erklärt Burkard.

Feynman sagte damals: „Das ist höchstens der primitivste, zögerliche Schritt. Eine atemberaubende, noch viel kleinere Welt kommt darunter zum Vorschein! Warum können wir nicht die gesamten 24 Bände der Encyclopædia Britannica auf einen Stecknadelkopf schreiben?“

Um das zu schaffen, müsste man einen Text auf ein 25.000stel verkleinern. Das sollte möglich sein, glaubte Feynman – und ging eine Art Wette ein: „Ich habe die Absicht, einen Preis in Höhe von 1000 Dollar für den ersten auszuschreiben, der die Information einer Buchseite auf eine 25.000mal kleinere Fläche bringt.“

„Dieses Verkleinern um das 25.000-Fache wurde in den 1980er Jahren tatsächlich realisiert. Und dann, vielleicht fünf Jahre später, haben die Leute bei IBM die Buchstaben IBM mit einzelnen Atomen geschrieben – also noch viel, viel kleiner, als Feynman sich das damals vorgestellt hat“,  sagt Burkard.

Die Vision Richard Feynmans ist heute längst übertroffen. Ebenso wie eine andere kühne Idee des Physikers, die er in seinem Vortrag äußerte.

„Computer haben damals ganze Räume eingenommen. Er hat vorhergesehen, dass wir heute Computer haben, die sehr, sehr klein sind. Das war natürlich auch sehr visionär“, sagt Burkard. Feynman sagte damals in seinem Vortrag: „Ich weiß, dass Rechenmaschinen sehr groß sind und ganze Räume füllen können. Warum können wir sie nicht ganz klein machen, aus kleinen Drähten, kleinen Bauteilen – und mit klein meine ich klein. Die Drähte zum Beispiel sollten einen Durchmesser von 10 bis 100 Atomen haben. Ich kann in den Gesetzen der Physik nichts erkennen, was besagt, dass die Bauteile der Rechner nicht viel, viel kleiner gemacht werden können als sie jetzt sind.“

Vordenker des Computerchips

In seinem Vortrag skizzierte Feynman die Grundzüge jener Methode, mit der heute Computerchips gefertigt werden: Dabei wird der Verlauf von Leiterbahnen und Transistoren per Schattenmaske auf den Chip belichtet – das Erfolgsrezept der digitalen Revolution. Eine andere Idee hingegen hat sich nicht erfüllt.

„Er hat vorgeschlagen, dass man Nano-Maschinen bauen könne, die dann selber wieder kleinere Nano-Maschinen bauen“, sagt Burkard: „Da muss man sagen, das hat sich nicht bewahrheitet bisher. Das stellte sich als sehr viel schwieriger heraus, als er sich das vielleicht damals dachte.“ Dennoch: Heute gilt Feynmans Vortrag als ideelle Geburtsstunde der Nanotechnik, der Technologie im Maßstab von millionstel Millimetern. Und: „Feynman war berühmt dafür, Witze zu machen und die Leute zum Narren zu halten“, erklärt Burkard: „Daneben dass er als Genie galt, war er auch ein bisschen ein Gaukler und ein Schelm unter den Physikern. Er war eine spezielle Persönlichkeit. Und ich glaube, deswegen sind seine Vorträge auch sehr berühmt geworden.“

Richard Feynmans Aufbruch in die Nanowelt war nicht der einzige Geniestreich, den er der Nachwelt vermachte: 1981, sieben Jahre vor seinem Tod, skizzierte er einen völlig neuen Rechnertyp – den Quantencomputer. Heute arbeiten internationale Konzerne mit Hochdruck daran, Prototypen für solch eine Wundermaschine zu entwickeln, die bestimmte Rechenaufgaben ungleich schneller erledigen soll als der schnellste Supercomputer.

Text: Frank Grotelüschen / Deutschlandfunk
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