Sie lächelt genauso rätselhaft wie ihr großes Ebenbild: Die nur 30 Mikrometer kleine Kopie des berühmten Gemäldes der Mona Lisa ist zwar etwas verschwommen, aber deutlich erkennbar. US-Forscher haben diese „Mini-Lisa“ mittels Nano-Lithografie mit der Spitze eines Rasterkraft-Mikroskops erzeugt. Diese Methode, so sind sie überzeugt, könnte künftig dazu dienen, auch andere Nano-Objekte und Anwendungen genauer und besser als bisher zu produzieren.
Die Mona Lisa ist weltberühmt. Kaum jemand kennt das Portrait der Florentinerin Lisa del Giocondo nicht, das der geniale Künstler Leonardo da Vinci im Jahr 1503 malte. Vor allem das geheimnisvolle Halblächeln der Mona Lisa fasziniert seit Jahrhunderten. Jetzt haben Forscher des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) die junge Frau erneut verewigt und das da Vinci-Bild kopiert. Allerdings nicht auf Leinwand oder Papier, sondern aus einzelnen Molekülen. Insgesamt ist das Portrait dieser „Mini-Lisa“ nur ein Drittel so breit wie ein menschliches Haar.
Punkt für Punkt mit der Rasterkraft-Spitze
Entstanden ist es mit Hilfe eines Rasterkraft-Mikroskops und durch einen Prozess namens ThermoChemical NanoLithography (TCNL). Hinter dieser sperrigen Bezeichnung steht ein Verfahren, bei dem durch gezielte Positionierung der Mikroskop-Spitze auf einer Oberfläche Punkt für Punkt eine jeweils auf diese Stelle begrenzte chemische Reaktion angestoßen wird. „Erst diese räumliche Begrenzung der Reaktionen liefert uns die Präzision, die wir benötigen um komplexe chemische Bilder wie die Mini Lisa zu erzeugen“, erklärt Jennifer Curtis vom Georgia Tech, die das Projekt leitete.
Der Clou dabei: Die Hitze der Mikroskop-Spitze bestimmt, wie viele Moleküle an jedem Punkt umgewandelt werden – und das wiederum beeinflusst die Helligkeit des resultierenden Rasterkraftbildes. Für Curtis und ihre Kollegen bedeutete dies: Mehr Hitze für Mona Lisas Stirn und Hände, damit diese später heller werden, und eine weniger heiße Spitze für Gewand und Haare der Portraitierten. Am Schluss wurde das im Prinzip nur aus unterschiedlich konzentrierten Chemikalien bestehende Bild mit einer fluoreszierenden Farbe behandelt, die sich selektiv nur an das Reaktionsprodukt anlagert. Jeder einzelne Haltepunkt des Rasterkraft-Arms erzeugte so letztlich einen hellen oder dunklen Pixel im resultierenden Mini-Bild. Jeder Pixel darin ist gerade einmal 125 Nanometer klein.
Verfahren einsetzbar für verschiedenste Anwendungen
Nach Ansicht der Forscher eröffnet diese neue Methode der thermochemischen Lithografie neue Möglichkeiten in so unterschiedlichen Bereichen wie der Nanoelektronik, der Optik oder dem Bioenginering. Denn wie sie erklären, ist die Herstellung genau und maßgeschneidert abgestufter chemischer Gradienten im Submikrometer-Bereich mit anderen Techniken bisher schwer bis unmöglich. Das Verfahren mit dem Rasterkraft-Arm bietet dagegen gleich mehrere Vorteile:
Zum einen gehören Rasterkraft-Mikroskope heute ohnehin zur Grundausstattung der meisten Forschungseinrichtungen und Firmen im Nanotechnologiebereich, wie die Forscher erklären. Zum anderen lässt sich die Technik so abwandeln, dass nicht nur verschiedene chemische Eigenschaften manipuliert werden, wie im Fall der Mini-Lisa. Bei ihr wurde je nach Hitze mehr oder weniger von einem Molekül erzeugt, das sich mit dem Farbstoff verbindet. Ähnliches ließe sich aber für physikalische Merkmale umsetzen, wie beispielsweise die Leitfähigkeit von Graphen an verschiedenen Punkten einer Oberfläche.
(Georgia Tech, 08.08.2013 – NPO)
