90 milionů za miliontinu milimetru

90 milionů za miliontinu milimetru

IBM Nanotechnologické výzkumné centrum v Rüschlikonu bude začátkem prosince připraveno k předání ? o tři měsíce dříve, než bylo plánováno. Příležitostná prohlídka projektu za 90 milionů švýcarských franků.

Tady je klid. Obrovský klid. Kdybychom sem pustili jehlu, pravděpodobně bychom neuslyšeli jen její dopad na zem, ale i to, jak při pádu prořízne vzduch. Nacházíme se v srdci nového výzkumného centra pro nanotechnologie (viz box) IBM v Rüschlikonu. Je to jedno z tichých laboratoří ? tedy laboratoří bez hluku. Šest takových laboratoří obdrží vědci při předání centra 10. prosince. K provádění základního výzkumu s extrémně citlivými měřeními a experimenty.

Jako Vánoce

Pro vědce to nebude předčasný vánoční dárek, ale spíš jako by slavili Vánoce jen jednou za život: „Na taková laboratoře jsme dlouho čekali,“ říká vědec IBM Emanuel Lörtscher. „Budou jedinečné na světě.“ Vědci IBM doufají, že posunou hranice měření, které stanovila renomovaná Národní agentura pro standardy a technologie (NIST) v USA. Tato instituce například koordinuje světový čas pomocí atomových hodin.

Nejen ticho činí tyto menší místnosti s půdorysem kolem pěti krát šesti metrů tak výjimečnými. Jsou také téměř bez otřesů a nepropouštějí elektromagnetické záření například z externích elektrických vedení ? telefonování s mobilem je uvnitř nemožné. Teplota je udržována stabilní: nesmí se měnit více než o 0,1 stupně za hodinu. Vědci ? kteří jsou ve skutečnosti největšími zdroji rušení v laboratoři ? kontrolují experimenty z vedlejší místnosti. Odtud mohou úplně vypnout ventilaci v experimentální místnosti a pracovat pouze s chlazením ze stropu, protože ventilace způsobuje vzdušný hluk. Co je pro lidské ucho sotva slyšitelné, by mohlo narušit velmi citlivé výzkumy v oblasti atomů nebo dokonce elektronových spinů a zkreslit výsledky.

40 tun plují

Tato laboratoř se nachází v suterénu nové budovy: zkušenosti ukazují, že tam jsou otřesy nejnižší. V Rüschlikonu stojí přímo na zemi. Mnoho drahých přístrojů, jako je elektronový paprskový zapisovač nebo transmisní elektronový mikroskop, je navíc namontováno na betonovém bloku vážícím více než 40 tun. A ten zase nestojí přímo na zemi, ale plove na aktivně řízených vzduchových pružinách.

Práce na Rüschlikon začaly před něco více než rokem: základní kámen byl položen 2. června 2009. IBM staví budovu za 60 milionů franků. Dalších 30 milionů franků investují IBM a ETH Zürich do zařízení. Bylo od začátku jasné, že dojde ke spolupráci s ETH. Ta se v centru bude podílet pronájmem celého patra s kancelářemi a laboratořemi a společným výzkumem v 900metrovém čistém prostoru s IBM.

Původně byla plánována předání stavby na březen 2011. Nyní se však uskuteční mnohem dříve: již 10. prosince, jak říká projektový manažer IBM Roger Schneider: „V posledních týdnech bylo na stavbě až 140 řemeslníků, což vyžadovalo hodně plánování a logistiky.“

A také hodně flexibility. Flexibilita je klíčovým pojmem celého projektu. „V takovém vědeckém výzkumném prostředí se stále přestavuje, potřeby se neustále mění,“ říká Schneider. Proto již při plánování bylo nutné pečlivě dbát na to, aby všechny místnosti mohly být flexibilně využívány a přestavovány. V centru má být alespoň v následujících 25 až 30 letech prováděn výzkum. Takže v obou kancelářských patrech mohou být zřízena i malá laboratoře.

Vyšší nároky

Volné jsou ještě prostory na jednom patře: IBM hledá vedle ETH a Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) další partnery. Společnost podle mluvčího Christopha P. Sciacci uvažuje o univerzitách a dalších soukromých firmách.

Flexibilitu, ale také nejvyšší nároky klade celý projekt i na stavební vedení, říká Mike Critchley ze společnosti Beta Projekt Management AG v Curychu. „Požadavky, které na nás výzkumné centrum klade, jsou vyšší než při stavbě nemocnice,“ říká. Ilustruje to na příkladu: „Před začátkem stavby jsme museli zbourat budovu. To muselo být provedeno bez otřesů.“ Protože: v laboratořích vědci pracují nepřetržitě. „Nebyla by to příliš velká hrozba zničit dlouhodobý experiment,“ říká Mike Critchley. Proto byly piloty pro nové výzkumné centrum spíše vrtány než rýpány. Navíc je zásobování 900metrového čistého prostoru v přízemí velmi složité: musely být položeny trubky pro napájení zařízení elektřinou, procesními plyny, chladicí vodou, stlačeným vzduchem a vysoce čistou vodou.

Plný provoz za tři roky

V čistém prostoru budou v budoucnu vyrábět mikro- a nanostrukturální prvky v různých pevných látkách. Aby bylo možné takové malé struktury vyrábět bez chyb, musí být vzduch extrémně pečlivě filtrován, aby na součástkách nemohly být žádné rušivé částice. Teplota a vlhkost vzduchu musí být rovněž přesně kontrolovány a řízeny.

Do úplného uvedení do provozu a sladění všech procesů zbývají ještě tři roky po předání stavby, říká Roland Germann, manažer operací nanocentra. „V prvním roce utratíme přibližně polovinu z 30 milionů franků na zařízení. A v následujících letech dalších 7,5 milionu franků.“

Tepelná energie do země

Budova bude postavena podle standardu Minergie a bude mít výměníky energie. Pod podzemním parkovištěm jsou položeny čtyři kilometry zemních sond. Zvláštností je, že v létě IBM bude přenášet teplo vznikající v technických instalacích, například v obrovských větracích zařízeních pro tichá laboratoře a čistý prostor, do země. Tato uložená energie bude v chladnějších obdobích znovu čerpána ze země. „Přibližně 70 procent odpadního tepla tak můžeme využít,“ říká projektový manažer IBM Roger Schneider.

Obrázek: Tak bude budova vypadat: výzkumné laboratoře nanotechnologií od IBM (IBM)
Autor: Thomas Zemp

Od nanotechnologií se očekávají inovace v různých oblastech. Dnes jsou již známé například odolné laky na auta nebo odpuzující textilie. Ještě větší potenciál vidí experti v oblastech jako nanoelektronika, senzory, medicína, stejně jako v energetice a environmentálním technologiích.

Pod nanotechnologií vědci rozumí techniku, která stojí za materiály a systémy, jejichž struktury mají rozměr od 1 do 100 nanometrů. To je přibližně 400krát tenčí než lidský vlas. Nanometr odpovídá miliontinu milimetru.

Výzkumné priority IBM a ETH Zürich v novém centru sahají od základního výzkumu po aplikovaný výzkum. Společné oblasti zahrnují materiály na bázi uhlíku, nanotuby, nano-fotoniku a spintroniku.