High-Tech aus München: Die Atom-Schieber

Die Motoren von Dirk Haft (l.) und Khaled Karrai verschieben Dinge um ein Millionstel Millimeter© Stefan Pielow

Um zu zeigen, wie der präziseste Motor der Welt funktioniert, braucht Khaled Karrai nur ein Glas und ein Stück liniertes Papier. Der Wissenschaftler legt das Papier auf die Tischplatte und stellt darauf das Glas. Dann zieht er erst kurz und ruckartig an dem Blatt, danach schiebt er es langsam wieder in die Ausgangsposition. Das Glas ist einige Linien höher gerutscht. Karrai wiederholt die Bewegung. Zeile um Zeile wandert das Glas dem Seitenrand entgegen. "Wenn Sie sich diesen Rutscheffekt in Winzigklein vorstellen, bekommen Sie eine Ahnung davon, wie unsere Stellmotoren funktionieren", sagt Karrai.

Einen Golfball von München nach Berlin schlagen

"Winzigklein" ist jedoch reichlich untertrieben, "unfassbar klein" trifft es besser. Denn während das Glas bei Karrai mit jedem Ruck um etwa einen Zentimeter rutscht, können die spielwürfelgroßen Titan-Motoren, die Khaled Karrai und sein Partner Dirk Haft herstellen, dank des Rutscheffekts Dinge zehnmillionenfach genauer positionieren: auf den Millionstel Millimeter. Das entspricht der Größenordnung eines Atoms. Dirk Haft bedient sich gern eines Vergleichs, um die Präzision anschaulich zu machen: "Das ist, als schlage man einen Golfball in München ab und locht mit nur einem Schlag in Paris ein."

Dank dieser Präzision hat sich die 2001 von Haft und Karrai gegründete Münchner Firma Attocube Systems AG in der Nanotechnologie-Branche in nur sieben Jahren weltweit einen Namen gemacht, zumal ihre Maschinen auch unter extremen Bedingungen funktionieren: im absoluten Vakuum etwa, in Tiefsttemperaturen von minus 273 Grad oder in starken Magnetfeldern. Das ist nur dank der besonderen Kraftquelle des Motors möglich: ein sogenanntes Piezo-Element, ein keramikartiges Material, das sich ausdehnt und zusammenzieht, sobald man ihm minimale Stromstöße verpasst. Da es keine Teile gibt, die festklemmen oder festfrieren können, ist die Technik robust und zuverlässig.

"Wo kann ich das kaufen?"

"Ein Interesse an dieser Technologie haben wir schon Ende der 90er Jahre bemerkt", erinnert sich Dirk Haft. Während seiner Promotion hatte er Karrai kennengelernt, der als Professor für Experimentalphysik an der Ludwig-Maximilians-Universität unterrichtete. Karrai hatte ein Netzwerk für Nanotechnik mitgegründet und schon mehrere Patente in diesem Bereich angemeldet. Mit einigen Kommilitonen baute Haft damals unter Karrais Aufsicht Rastersondenmikroskope. Mit einem normalen Mikroskop haben diese Hightechanlagen nichts mehr gemein: Es sind in der Regel zwei Container in Schrankgröße, von denen einer die komplexe Messelektronik enthält und der andere einem mobilen, stoßgedämpften Kühlschrank ähnelt. In dessen kaltem Vakuum befindet sich die Probe, denn nur in luftleerem Raum und eisiger Kälte zappeln die Atome nicht durchs Bild, sondern liegen wie erstarrt nebeneinander.

Forscher, die beispielsweise die atomaren Strukturen neuer Halbleiter oder von Siliziumchips auf ihren Bildschirmen sichtbar machen wollen, müssen aber auch während der Untersuchung das Probenmaterial möglichst auf den Nanometer exakt unter dem Scanner hindurchschieben können. Und die Stellmotoren, die trotz der rauen Umgebung solch feine Bewegungen übernehmen, entwickelte Hafts Team mit den Mikroskopen gleich mit.

Bei Führungen durch ihr Labor merkten Studenten und Professoren bald, dass die Besucher weniger von den riesigen Apparaten als vielmehr von den kleinen, silberfarbenen Motoren fasziniert waren. "Vor allem amerikanische Gäste haben immer wieder gefragt: Wo kann ich das kaufen?", erzählt Karrai. Damals dämmerte es Haft - Sohn eines Patentanwalts und schon als Oberstufenschüler Gründer einer kleinen IT-Firma -, dass sich da ein lohnendes Geschäftsfeld auftat.

Alle wollen die Mini-Motoren

Heute beliefern die Münchner Hightechtüftler über 400 Kunden in aller Welt, darunter die Forschungsabteilungen von IBM, Toshiba und Carl Zeiss, aber auch die Labore der Stanford University oder des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Auch die Nasa hat bereits bei Attocube bestellt: Die unverwüstlichen Motoren eignen sich bestens für Einsätze im All.

Doch die Attocube-Würfel können noch mehr. "Nanoforscher wollen ja nicht nur sehen, sondern auch verändern", sagt Haft. "Mit einer Art Pinzette können unsere Motoren heute schon einzelne Pollen in der Größe einiger Mykrometer festhalten. In Zukunft könnten Biologen auch Spritzen extrem genau in Zellen positionieren." Mit der medizinischen Fakultät in Hamburg gibt es ein Projekt, bei dem Forscher aus Gewebe einzelne Zellen herausnehmen und untersuchen wollen. "Krankheiten könnten so früher erkannt und Medikamente noch schneller entwickelt werden", hofft der Firmengründer.

Auch die Halbleiter-Industrie ist an Nanoprodukten interessiert, so Haft. "Die Vision ist, gezielt und massenhaft einzelne Atome bewegen zu können. Dann könnte man beispielsweise feine Leitungen und Speicherstrukturen bauen." Atom an Atom. So würde der Speicherplatz für einen Bit, also für eine Dateneinheit, möglicherweise auf ein Hundertausendstel zusammenschrumpfen, Prozessoren würden kleiner, sparsamer und schneller. "Bis es so weit ist, wird es noch eine Weile dauern, aber auch für den Weg dorthin sind unsere Produkte gefragt", sagt Haft.

Raum für Wachstum

Inzwischen beschäftigt Attocube 20 Mitarbeiter, die mehr als vier Millionen Euro umsetzen. Jährliches Wachstum: 50 bis 60 Prozent. Drei bis vier Motoren zu Stückpreisen von bis zu 8000 Euro bauen die Attocube-Techniker wöchentlich zusammen, maßgeschneidert. Dazu noch komplette Rastersondenmikroskope für bis zu 300.000 Euro. Der Firmenkatalog ist inzwischen auf 350 Seiten angewachsen.

Alle Produkte werden in den Kellerräumen des Firmensitzes in der vornehmen Münchner Königinstraße zusammengesetzt und getestet. "Für den Fall, dass wir weiter wachsen, haben wir schon zusätzliche Kellerräume gemietet", sagt Karrai und knipst das Licht an: Vor ihm liegt ein langer Flur mit vielen Türen.

Sieger in der Kategorie 'Aufsteiger' Attocube Systems AG, München Das Unternehmen erhält den Deutschen Gründerpreis für die Entwicklung wegweisender Geräte für die Nanotechnologie, die namhaften Kunden aus aller Welt bei der Spitzenforschung helfen. Mit seinen extrem präzisen Stellmotoren ist Attocube der Sprung an die technologische Weltspitze gelungen.