Technik & Umwelt

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Nanoelektronik

Nano: Phänomenal! Was Einsteins Nobelpreis mit der modernen Nanoelektronik zu tun hat

Profil des Wissenschaftlers

Wissen: Nobelpreisträger Klaus von KlitzingKlaus von Klitzing ist Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart.

 

Für die Entdeckung des von ihm so benannten Quanten-Hall-Effekts – der nachweist, dass der elektrische Widerstand letztlich eine Naturkonstante ist – erhielt er 1985 den Nobelpreis.

 

Bereits 1980 wurde von Klitzing (Jahrgang 1943) Professor für Festkörperphysik an der TU München.

 

Inzwischen vielfach ausgezeichnet, beschäftigt er sich aktuell mit den Eigenschaften von zweidimensionalen Systemen wie Graphen.

Pressebericht

Den Pressebericht im Lauffener Bote finden Sie hier

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bild der wissenschaft interviewt ...

Lauffen will es wissen 2011: Nanoelektronik„Als Direktor darf man bis 75 arbeiten": Ein Vierteljahrhundert ist es her, dass Klaus von Klitzing mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Wie sich die Mega-Auszeichnung auf sein Leben auswirkte, schildert er im Interview mit bdw-Chefredakteur Wolfgang Hess.

 

bild der wissenschaft: An was arbeitet Klaus von Klitzing derzeit?

Klaus von Klitzing: An Vorträgen, wie etwa dem heute Abend, bei dem es darum geht, was Einsteins Nobelpreis mit der modernen Nanoelektronik zu tun hat. Natürlich bittet man mich sehr häufig, Eröffnungsvorträge bei Tagungen zu halten. Auch deshalb bin ich für die beiden kommenden Jahre bereits so gut wie ausgebucht. Mein Forschungsschwerpunkt ist nach wie vor, in die kleinsten Strukturen der Halbleiterphysik vorzustoßen.

 

Sie werden 68, haben viele öffentliche Verpflichtungen und sind Chef einer großen Arbeitsgruppe – kann man da wirklich noch selbst Wissenschaft betreiben?

Die Max-Planck-Gesellschaft ist flexibel – als Direktor darf man bis 75 arbeiten. Zum Glück habe ich seit einigen Wochen mit der Berufung von Jochen Mannhart, der die Nanotechnologie mit neuartigen supraleitenden und magnetischen Phänomenen verknüpft, einen Nachfolger, sodass ich einen Teil meiner nicht wissenschaftlichen Tätigkeit abgeben kann. Meine Gruppe umfasst noch etwa 15 Mitarbeiter. Obwohl ich mir das manchmal wünsche, stehe ich selbst nicht mehr im Labor. Die Veröffentlichungen der Gruppe gehen über meinen Tisch, und ich hinterfrage die Ansätze gerne kritisch. Meine Funktion ist aber vor allem, eine kreative Atmosphäre zu schaffen, damit sich unabhängige Geister entwickeln können.

 

Aktuell erforschen Sie was?

Graphen, das dünnste Material der Welt. Für ihre Arbeiten über Graphen erhielten Andre Geim und Konstantin Novoselov 2010 den Nobelpreis. Als die beiden 2004 das Material erstmals hergestellt hatten, habe ich dafür gesorgt, dass Leute meiner Gruppe bei ihnen lernen konnten, wie man Graphen isoliert – einen echten zweidimensionalen Werkstoff, der aus einer einzigen Atomschicht besteht. Ich selbst arbeite seit Längerem auf dem Gebiet der zweidimensionalen Systeme. Interessant ist auch, dass der von mir entdeckte und mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Quanten-Hall-Effekt sofort bei Graphen überprüft wurde. Die Untersuchung von Kohlenstoff-Materialen – Graphen, Nanotubes, Fullerenen – ist ein Schwerpunkt des gesamten Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung. Etwas ganz Neues, mit dem wir uns beschäftigen, sindsogenannte topologische Phänomene. Topologie ist die geometrische Anordnung eines Gebildes. Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an der Oberfläche leitend sind. Dafür sorgt die invertierte Bandstruktur. Ob man dieses Phänomen eines Tages nutzen kann – etwa bei der nächsten Generation der Elektronik – wird zurzeit heftig diskutiert. Der von mir entdeckte Quanten-Hall-Effekt wird als Vorläufer des topologischen Isolators angesehen. Genauso spannend ist aber auch das in den USA von Microsoft und in Deutschland vom Bundesministerium für Forschung und Technologie geförderte Projekt eines topologischen Quantencomputers, bei dem ebenfalls der Quanten-Hall-Effekt eine wichtige Rolle spielt.

 

Ein immer wieder genanntes Forschungsgebiet sind Quantencomputer. Wann werden die kommen?

Ich habe noch in keinem Forschungsantrag versprochen, einen Quantencomputer realisieren zu können. Die dahinter stehende Grundlagenphysik ist sehr interessant. Doch die müssen wir uns erst einmal erarbeiten. Ein großes Problem des Quantencomputers sind Dekohärenzen, die das Gedächtnis von Quantenzuständen rasch vernichten. Hier könnten uns topologische Phänomene vielleicht weiterhelfen. Doch das ist noch nicht experimentell bewiesen. Summa summarum: Ich gehe nicht davon aus, in meinem Leben noch einen Quantencomputer im Laden kaufen zu können.

 

Welchen Einfluss hatte Ihr Nobelpreis auf die Ausgestaltung Ihres Arbeitsumfeldes?

Um mich in Stuttgart zu halten, hat sich der damalige baden-württembergische Ministerpräsident Lothar Späth sehr engagiert. Unser Institut erhielt einen modernen Reinraum sowie ein Gästehaus, das für den modernen Wissenschaftleraustausch unentbehrlich ist. Ich selbst bekam eine zusätzliche Abteilung. Andererseits wollte mich der bayerische Ministerpräsident Franz-Josef Strauß nach München zurückholen, in die Stadt, der ich ein Dreivierteljahr vor dem Nobelpreis den Rücken gekehrt hatte. Es gab einen wahren Wettbewerb um mich zwischen diesen beiden Bundesländern.

 

Der Preis machte Sie unabhängig.

Die Arbeitsbedingungen gestalten sich einfacher, die Mittel fließen reichlicher. Ein Nobelpreis ist das Beste, was die Wissenschaft zu vergeben hat. Korea und Singapur haben sogar spezielle Programme, um weltweit Nobelpreisträger einzukaufen, indem sie ihnen Institute hinstellen – zu traumhaften finanziellen Randbedingungen.

 

Südkorea oder Singapur – ist das für Nobelpreisträger so etwas wie FC Barcelona oder Manchester United für Fußballspieler?

Wer als Nobelpreisträger andeutet, dorthin gehen zu wollen, wird überschüttet mit Angeboten. Natürlich – geschenkt gibt es auch dort nichts. Wenn die Arbeit nicht vorankommt, wird das Institut rasch wieder geschlossen.

 

Wie beurteilen Sie das Forschungsklima, das gegenwärtig in Deutschland herrscht?

Ich habe keinen Grund zum Mäkeln. Man hat das bereits während der Weltfinanzkrise gesehen: Die Forschung wurde finanziell weiterhin stabil gefördert. Anders als früher stuft unsere Politik die Forschung heute generell als wichtig ein.

 

Sie sind nicht nur Nobelpreisträger. Ihr Name ziert auch eine Naturkonstante: Die von-Klitzing-Konstante ist eine elementare Größe des elektrischen Widerstands. Damit haben Sie ja etwas für die Ewigkeit.

Das ist in der Tat fantastisch. Umso mehr in einer Zeit, in der die Fundamentalkonstanten eine wachsende Bedeutung bekommen …

 

… weil die Physiker inzwischen ihre Messmethoden so verfeinert haben, dass sie nachprüfen können, ob die Konstanten wirklich konstant sind.

In der Tat. Trotzdem muss man festhalten, dass Fundamentalkonstanten das Stabilste darstellen, was wir im Universum haben und deshalb bei der in diesem Jahr zu erwartenden Neufestlegung von Maßeinheiten eine besondere Rolle spielen werden.

 

So früh wie Sie – im Alter von 42 – den Nobelpreis zu bekommen, ist ein Segen für die weitere Arbeit. Oder vielleicht auch ein Fluch? Wie lange haben Sie gebraucht, um sich nach dem Preis wieder auf Ihre Forschung zu konzentrieren?

Damit hatte ich nie ein Problem. Die Wissenschaft hatte für mich immer Priorität, wobei jedoch die Erwartungen der Öffentlichkeitdazu führten, dass ich mit der Zeit immer mehr Zusatzaufgaben übernommen habe, bei denen die Reputation und Unabhängigkeit eines Nobelpreisträgers wichtig sind. Die Außenwelt nimmt einen fortan anders war. Das ging mir als Student selbst so: Als der Nobelpreisträger Rudolf Mößbauer 20 Meter vor mir stand, durchlief es mich wirklich. In all den Jahren nach dem Preis war ich bemüht, auf dem Boden zu bleiben. Wenn ich allerdings merke, dass man mich nur wegen meines Preises eingeladen hat – mich gewissermaßen als Ausstellungsstück behandelt –, reagiere ich schon einmal abweisend.

 

Auch wenn es nicht Ihre primäre Forschungsrichtung ist, würden wir gerne wissen, welche Einstellung Sie als Physiker zu unserem Energieproblem haben, zur besiegelten Abschaltung der Kernkraftwerke in Deutschland.

Schon vor dem Desaster in Japan habe ich gesagt: Bis zum Ende des Jahrhunderts müssen wir voll auf regenerative Energie – und dabei primär auf Sonnenenergie – umgeschaltet haben. Nun will man bis 2022 in Deutschland einen vollkommenen Ausstieg aus der Kernenergie schaffen. Da habe ich Zweifel, ob das sinnvoll möglich ist. Auf jeden Fall darf uns daraus kein großer weltwirtschaftlicher Nachteil entstehen und die Umstellung darf nicht mit einer Erhöhung der Kohlendioxidemission verbunden sein. Wenn Energie teuer wird, hat das zu viele Folgen. Dadurch könnte beispielsweise ein Teil der Industrie ins Ausland abwandern. Den negativen Einfluss merkt man erst nach Jahren. Sicher ist: Je rascher der Umstieg erfolgt, desto höhere Kosten fallen an. Ein totaler Ausstieg aus der Stromerzeugung mittels Kernenergie und fossiler Energie wäre für mich um 2050 realistisch, nicht vorher.

 

Hat sich Ihre Einstellung zur Energieerzeugung durch die Katastrophe in Japan verändert?

Als Wissenschaftler habe ich eine andere Einstellung zu Risiken und Wahrscheinlichkeiten als viele Menschen in unserer Bevölkerung. Es ist einfach zu fordern, alle Risiken sollen auf null gesetzt werden. Doch das ist grundsätzlich nicht möglich. Bei dem Erdbeben und dem dadurch ausgelösten Tsunami sind rund 30 000 Menschen gestorben. Das sollte man stets im Auge behalten. Die Folgen des Reaktorunglücks von Fukushima sind im Vergleich dazu geringer.

 

Als Nobelpreisträger sind Sie aufgefordert, jedes Jahr bis zum 31. Januar Vorschläge zu Kandidaten einzureichen. Wie viele der von Ihnen Vorgeschlagenen haben unterdessen einen Nobelpreis?

Das möchte ich nicht verraten. Verraten kann ich Ihnen aber, dass ich nur in solchen Jahren einen Vorschlag mache, wenn ich selbst einen Durchbruch erkennen kann.

 

Aber es gibt schon von Ihnen Vorgeschlagene, die jetzt einen Nobelpreis haben?

Nun ja, ich bin jetzt 25 Jahre dabei und stelle fest, dass es solche Menschen gibt.

 

Seit vielen Jahren engagieren Sie sich, um Kinder und Jugendliche an physikalische Fragen heranzuführen. Mit welchem Erfolg?

Spätestens seit dem Weltjahr der Physik wird verstärkt Öffentlichkeitsarbeit für die Physik gemacht – mit dem Ziel, Jugendliche für diesen Beruf zu begeistern und der Bevölkerung ein positives Bild der Naturwissenschaften zu vermitteln. Wenn wir breiten Bevölkerungsschichten klar machen, wie wichtig unser Tun für die Zukunft des Landes ist, werden die Politiker, die stets auf die Wählerstimmen schielen, mitziehen und uns unterstützen. Konkret engagieren sich viele meiner Kollegen bei der Lehrerfortbildung. Und dann gibt es ja noch den Klaus-von-Klitzing-Förderpreis für engagierte Lehrerinnen und Lehrer naturwissenschaftlicher Fächer. Den mit 15 000 Euro dotierten Preis werde ich am 25. Oktober 2011 an diejenige Lehrerpersönlichkeit überreichen, die durch besondere schulische und außerschulische Leistungen Schülerinnen und Schüler überdurchschnittlich und nachhaltig für naturwissenschaftliche Fächer begeistert hat. Online-Bewerbungen sind jederzeit möglich.

 

Woran liegt es Ihrer Meinung nach, dass der Physikunterricht bei Schülerbefragungen meist schlecht abschneidet?

Auch in jüngster Zeit? Da bin ich mir nicht sicher. Vielleicht müssen wir noch früher ansetzen und den vorschulischen Einrichtungen jene Tricks verraten, wie man Kinder für Naturwissenschaften begeistern kann.

 

Was braucht die Physik in den kommenden Jahren?

Auf jeden Fall Vertrauen. Auch wenn wir kein Versprechen über Zielerreichungspläne abgeben können, muss man uns glauben, dass wir seriös arbeiten. Klar ist: Selbst wenn man die Grundlagenforschung mit Geld überschwemmt, werden sich gesellschaftliche Probleme nicht auf Knopfdruck lösen lassen. Auch wenn man noch so viele Mittel in die Batterieforschung steckt, können wir nicht garantieren, offensichtliche Materialdefizite in zwei Jahren ausgebügelt zu haben. Wir können auch keine Lösungen herbeizaubern, aus Sonnenenergie direkt Wasserstoff zu machen oder verlustlose Stromleiter bei Raumtemperatur zu realisieren. In der Grundlagenforschung arbeiten wir an der Grenze unseres Wissens, wobei wir in der Regel gar nicht wissen, ob wir die Grenze verschieben können.

 

Das Gespräch führte Wolfgang Hess für bild der wissenschaft 9/2011

Bildnachweise

Portrait Prof. Klaus von Klitzing: TU Berlin/Dahl

Foto Graphen: J. Meyer/Univ. of Manchester

Aktuell erforscht: Graphen. Im Bild ein Computermodell seiner molekularen Struktur.

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