Nobelpreisträger: "Graphen ermöglicht neue Art von Physik"

Die futurezone hat Konstantin Novoselov zu einem Gespräch über frühen Ruhm, große Erwartungen und zweidimensionale Materialien getroffen.

Sie haben den Nobelpreis schon in sehr jungen Jahren gewonnen. Welchen Einfluss hatte das auf ihre Karriere?
Konstantin Novoselov: Negativ ist, dass ich mehr Einladungen bekomme, irgendwo hinzufahren und Vorträge zu halten. Das könnte dazu führen, dass weniger Zeit für die Forschung bleibt. Positiv ist aber, dass ich gelernt habe, nein zu sagen. So reise ich heute unterm Strich weniger als vor dem Gewinn des Preises und habe mehr Zeit für Wissenschaft.

Sie haben den Preis für ihre grundlegende Arbeit mit Graphen gewonnen. Danach ist ein regelrechter Boom ausgebrochen. Sind die Erwartungen an dieses Material durch die Medienberichterstattung heute zu hoch?
Es gibt hohe Erwartungen in verschiedensten Bereichen. Das ist problematisch. Ich versuche aber, verantwortungsbewusst mit dieser Erwartungshaltung umzugehen und mache daher keine Werbung für Graphen. Wenn sich herausstellt, dass das Material sich nicht durchsetzt, dann ist das eben so. Ich bin aber fest davon überzeugt, dass Graphen in einigen Anwendungsbereichen - nicht in allen - zum Einsatz kommen wird. Dazu muss aber noch weiter geforscht werden.

Welche Einsatzgebiete scheinen aus heutiger Sicht besonders vielversprechend?
Vielversprechend kann verschiedene Dinge bedeuten. Im Bereich Touch-Panels wird Graphen beispielsweise schon heute verwendet. Ich persönlich freue mich besonders über mögliche Anwendungen in der Medizin, etwa als Gerüst für Gewebetransplantationen oder um Medikamente im menschlichen Körper exakt an den richtigen Ort zu transportieren.

Auch die Hoffnungen für Graphen als Grundlage einer neuen Generation von Prozessoren sind groß. Wie sehen Sie die Erfolgschancen in diesem Bereich?
Das ist nicht einfach zu beantworten. Wenn es nur um hohe Frequenzen geht, scheint es kein Problem mit Graphen zu geben. Wenn es aber tatsächlich darum geht, Logikgatter zu konstruieren, wird es schwierig, weil Graphen sich nicht ohne weiteres schalten lässt. Es wird aber an verschiedenen Lösungen gearbeitet, etwa Heterostrukturen, das sind Materialien, die aus sich aus verschiednenen zweidimensionalen Stoffschichten zusammensetzen.

Werden wir also irgendwann mit Graphen-Prozessoren arbeiten?
Eine große Herausforderung ist die starke Position von Silizium auf dem Markt und in den Produktionstechniken. In den nächsten 10 Jahren wird es keine Graphen-Prozessoren geben und bis dahin haben wir vielleicht schon eine bessere Alternative gefunden. Dazu kommt, dass bei Graphen ähnliche Schwierigkeiten auftreten wie bei Silizium. Derzeit ist das Problem, dass wir nicht die technischen Mittel haben, Silizium weiter zu miniaturisieren. Bei Graphen ist das auch nicht einfacher. Einzig die höhere Wärmeleitkapazität von Graphen ist hier ein Vorteil.

Kann Graphen überhaupt in massenmarkttauglichen Mengen hergestellt werden?
Es gibt verschiedene Arten von Graphen mit unterschiedlichen Kristallgrößen. Bislang sind Kristalle mit einem Millimeter Durchmesser das beste, was wir erreicht haben. Für diverse Anwendungen brauchen wir spezielle Kristallgrößen. Vor zehn Jahren war das Material noch teuer, heute ist es im Bereich Touch-Displays bereits billiger als die Zinn-Oxid-Technologie. Einen Mangel gibt es derzeit nicht, da recht wenig gebraucht wird. Das wäre also ein schönes Problem.

Sie versuchen derzeit, ihre Erkenntnisse aus der Graphen-Forschung auf andere Materialien anzuwenden, indem sie nur ein Atom dicke Lagen aus diversen Stoffen zu neuen Werkstoffen zusammensetzen. Was beschäftigt sie derzeit genau?
Unsere Daten lassen darauf schließen, dass einige der getesteten Heterostrukturen Halbleiter sind. Das sind derzeit aber noch Spekulationen. Wir haben bereits eine Vielzahl von neuen Materialien ausprobiert, aber nur einige sind bei Zimmertemperatur und Normaldruck stabil. Es scheint so zu sein, dass Metalle in zweidimensionalen Strukturen weniger stabil sind, als andere Materialien. Das müssen wir aber noch genauer untersuchen.

Ihr Fernziel ist es, Designermaterialien mit je nach Anwendung maßgeschneiderten Eigenschaften zu schaffen. Lassen sich bereits Materialien mit vorhersagbaren Eigenschaften konstruieren oder wird derzeit erst gebaut und dann untersucht?
Verschiedene Heterostrukturen weisen sehr verschiedene Eigenschaften auf. Das ist aber nicht zufällig. Wir wissen was wir wollen und haben eine gute Vorstellung davon, welche Materialien wir zusammensetzen müssen, um das zu erreichen. Derzeit versuchen wir, neue Materialien - etwa Gallium-Arsenid - in eine zweidimensionale Struktur zu bringen und die Anzahl der zur Verfügung stehenden Werkstoffe so auszubauen.

Was versprechen Sie sich von den Heterostrukturen?
Die Anzahl der erzielbaren Eigenschaften ist riesig, dementsprechend gibt es sehr viele denkbare Einsatzbereiche. Eine davon wäre, durch Kombination mit anderen Materialien eine künstliche Bandlücke für Graphen zu schaffen, was eine Schaltung ermöglichen würde und ein Schritt in Richtung Prozessor wäre. Interessant ist aber auch die weitere Grundlagenforschung mit Graphen, wo es immer noch viel Neues zu entdecken gibt. Durch Graphen erhalten wir Zugriff auf eine ganz neue Art von Physik. Elektronen etwa bewegen sich in dem Material wie nirgendwo sonst. Sowohl die mechanischen als auch die optischen und elektrischen Eigenschaften sind einzigartig.

Zur Person

Der in Russland geborene und in England lebende Konstantin Novoselov hat 2010 als einer der jüngsten Preisträger aller Zeiten einen Nobelpreis für Physik verliehen bekommen. Die Auszeichnung würdigt seine grundlegenden Arbeiten mit dem Material Graphen. Den Preis hat er sich mit seinem Forschungspartner Andre Geim geteilt. Derzeit arbeitet der Wahl-Brite an der Universität Manchester.