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Entwürfe

Chris Buskes

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Philosophie, Psychologie und Anthropologie

In der Philosophie und Psychologie wird die Erbsünde in der negativen Disposition des Menschen gesehen. Die Lehre von der Erbsünde ist laut Sigmund Freud orphischer Herkunft; sie wurde in den Mysterien erhalten und fand von dort aus Eingang in die Philosophenschulen des griechischen Altertums. Sie findet sich in Schopenhauers Philosophie wieder, der in Die Welt als Wille und Vorstellung den Weltwillen als ewig schuldigen begreift.

René Girard betrachtet in seiner mimetischen Theorie die Erbsünde kulturanthropologisch. Die ewige Schuld der Menschen besteht nach Girard darin, dass sie immer versuchen die eigene Gewalt durch Ritualisierung der Gewalt einzudämmen. Indem sie unschuldige Opfer töten und anschließend heiligen halten sie den Opferzyklus in Gang. Das erkannt und verurteilt zu haben, geht Girard zufolge als Hauptverdienst auf die neutestamentliche Offenbarung zurück.

Soziobiologisch gesehen Buskes, Evolution und Moral 12,228ff Piet Vroon Mittelhirn

Fressen und Moral

Egoismus und Kooperation sind u.U. beide erfolgreiche strategien

SPM

Laborinstallation eines Atomic Force Microscopes (AFM) am Institut für Physik der Universität Basel

Portables Scanning Tunnel Microscopes (STM) der Firma Nanosurf®

Rastersondenmikroskopie (engl. SPM für Scanning Probe Microscopy) ist der Überbegriff für alle Arten der Mikroskopie, bei welchen das Bild nicht mit einer optischen oder elektronenoptischen Abbildung (Linsen) erzeugt wird wie beim Lichtmikroskop (LM) oder dem Rasterelektronenmikroskop (REM), sondern über die Wechselwirkung einer sogenannte Sonde mit der Probe (engl. probe). Die zu untersuchende Probenoberfläche wird mittels dieser Sonde in einem Rasterprozess Punkt für Punkt abgetastet. Die sich für jeden einzelnen Punkt ergebenden Messwerte werden dann zu einem digitalen Bild zusammengesetzt.

Funktionsweise

Grob vereinfacht kann man sich die Funktionsweise eines SPM wie das Abtasten einer Schallplatte mittels der Nadel vorstellen. Allerdings wird beim Plattenspieler die Nadel rein mechanisch durch mikroskopische Unebenheiten in der Rille ausgelenkt. Beim SPM hingegen ist die Wechselwirkung zwischen der Sonde (Nadel) und der Probe anderer Natur. Je nach Art dieser Wechselwirkung unterscheidet man folgende SPM-Typen:

• Rastertunnelmikroskop, Abk. RTM, engl. scanning tunneling microscope (STM): Zwischen der Probe und Spitze, welche einander nicht berühren, wird eine Spannung angelegt und der resultierende Tunnelstrom gemessen
• Rasterkraftmikroskop, Abk. RKM, engl. atomic force microscope (AFM, auch SFM): Die Sonde wird durch atomare Kräfte, typischerweise Van-der-Waals-Kräfte, ausgelenkt. Die Auslenkung ist proportional zur Kraft, welche sich über die Federkonstante der Sonde berechnen lässt.
• Magnetkraftmikroskop, Abk. MKM, engl. magnetic force microscope (MFM): Hier werden die magnetischen Kräfte zwischen Sonde und Probe gemessen.
• Optisches Rasternahfeldmikroskop, engl. near-field scanning optical microscope (SNOM, auch NSOM): Die Wechselwirkung besteht hier aus evaneszenten Wellen.

Interessant ist folgender Grössenvergleich: hätten die Atome der untersuchten Probe die Grösse von Ping-Pong - Bällen, so wäre die Sonde (Messspitze) von der Grösse des Matterhorns. Dass man mit einer derart groben Spitze so feine Strukturen abtasten kann, lässt sich wie folgt erklären. Die Spitze der Sonde kann atomar gesehen noch so stumpf sein, trotzdem wird irgend eins der Atome das oberste sein. Da die Wechselwirkungen zwischen Probe und Spitze exponentiell zum Abstand zwischen Probe und Spitze abnimmt, steuert somit nur das vorderste (oberste) Atom der Spitze einen wesentlichen Beitrag bei.

Auflösungsvermögen

Durch dieses Verfahren können Auflösungen bis zu 10 pm erreicht werden (Atome haben eine Grösse im Bereich von 100 pm). Lichtmikroskope sind durch die Wellenlänge des Lichts beschränkt und erreichen bloss Auflösungen von ca. 200 bis 300 nm, also etwa der halben Wellenlänge des Lichts. Beim Rasterelektronenmikroskop verwendet man deshalb statt Licht Elektronenstrahlung. Hier kann die Wellenlänge durch Erhöhung der Energie zwar theoretisch beliebig klein gemacht werden, allerdings wird dann der Strahl so "hart", dass er die Probe zerstören würde.

SPM kann aber nicht nur Oberflächen abtasten, sondern es ist auch möglich, einzelne Atome aus der Probe zu entfernen und sie an einem definierten Platz wieder abzusetzen. Bekannt wurden solche Nanomanipulationen durch das Bild des IBM-Forschungslabors, auf welchem der Schriftzug der Firma durch einzelne Xenon-Atome dargestellt wurde [4].

Einfluss auf die Naturwissenschaften

Die Entwicklung der Rastersondenmikroskope seit Beginn der 80er Jahre war aufgrund der deutlich verbesserten Auflösung von weit unter 1 μm und der Möglichkeit der Nanomanipulation eine wesentliche Voraussetzung für die explosionsartige Entwicklung der Nanowissenschaften und der Nanotechnologie seit Mitte der 90er Jahre. Ausgehend von den oben beschriebenen Grundmethoden werden heute noch viele weitere Untermethoden unterschieden, die auf bestimmte zusätzliche Aspekte der benutzten Wechselwirkung eingehen und sich in einer Vielfalt von erweiterten Abkürzungen widerspiegelt: STS, STL, XSTM, XSTS, SPSTM, VT-STM, UHV-AFM, ASNOM u.v.m.).

Analog dazu entstanden Forschungsgebiete wie Nanobiologie, Nanochemie, Nanobiochemie, Nanotribologie, Nanomedizin und viele mehr. Ein AFM (atomic force microscope) wurde mittlerweile sogar schon zum Planeten Mars geschickt, um dessen Oberfläche zu untersuchen [5].

Literatur

• C. Julian Chen: Introduction to Scanning Tunneling Mircoscopy. Oxford University Press, Oxford 1993, ISBN 0-19-507150-6 (Englisch)
• Roland Wiesendanger: Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy - Methods and Applications. Cambridge University Press, Cambridge 1994, ISBN 0-521-42847-5 (Englisch)

Siehe auch

• Gerd Binnig, Physiker, Nobelpreisträger und Erfinder des STM
• Nanowissenschaften
• Nanotechnologie

Weblinks

• [6] IBM-Schriftzug aus einzelnen Xenon-Atomen
• [7] Einladung zu Kolloquium mit Prof. Gerd Binnig von 1982
• [8] First AFM on Mars, enthält Animationen zur Funktionsweise des AFM

Diverses

Einladung zum Kolloquium Prof. G.Binnig

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Ich beurteile diesen Artikel als mehr oder weniger überflüssig. Er geht sehr einseitig auf Produkte zur Erzeugung von wasserabstossenden Oberflächen und anderen Oberflächeneffekten ein.

Wie in der Redundanzdiskussion dargestellt sollten die Artikel Nanoteilchen, Nanomaterialien und Nanopartikel zusammengelegt werden.

Einzelne Kritikpunkte zum vorliegenden Artikel:

• Kapitel Nanomaterialien: Nanoteilchen haben NICHT per Definition eine grosse Oberfläche. Man KANN solche Teilchen herstellen. Es gibt aber noch tausende anerer Anwendungen, die überhaupt nichts mit Oberflächenvergrösserung zu tun haben
• Kapitel Zielsetzung: Inwiefern haben diese Ziele etwas mit Nanotechnologie zu tun? Das klingt eher nach Management-Regeln für industrielle Produktionsbetriebe ...
• Kapitel Einsatzfelder: völlig einseitige Aufzählung; was ist eine sensorische Verpackung und was hat das mit Nanoscience zu tun?
• Nutzen: auch hier gilt natürlich: wenn schon solche Sachen erwähnt werden, müsste man mitliefern, mit welchen Ideen die Nanoleute so etwas zu erreichen gedenken

Unerwähnt bleibt das Gebiet, wo derzeit viel Geld dafür aufgeworfen wird: die Entwicklung neuartiger Speichermedien mittels der Nanotechnologie. Ein Beispiel dafür ist der Millipede von IBM. Chips können nicht weiter endlos verkleinert werden, und Harddisks sind technologisch gesehen aufgepeppte Plattenspieler! Man stelle sich vor, man erfindet ein Makromolekül, welches als Schalter (1/0) dienen kann und dazu noch einen (möglichst schnellen) Weg, einzelne dieser Moleküle ansprechen zu können. Dann hätte lediglich 1 Mol dieser Moleküle eine Speicherkapazität, die grösser wäre als alle existierenden Massenspeicher zusammen!