90 millió a milliméter milliomoduljáért

90 millió a milliméter milliomoduljáért

IBM nanotechnológiai kutatóközpontja Rüschlikonban december elején átadásra kész lesz – három hónappal korábban, mint tervezték. Egy betekintés a 90 millió frankos projektbe.

Nyugodt itt minden. Rendkívül nyugodt. Ha egy tűt ejtenénk el, valószínűleg nemcsak a földön hallanánk a koppanását, hanem azt is, ahogy a levegőt átvágja, miközben leesik. Egy szívében vagyunk az IBM nanotechnológiai kutatóközpontjának (lásd doboz) Rüschlikonban. Ez az egyik zajmentes labor – egy zajmentes laboratórium. Hat ilyen laboratóriumot kapnak a kutatók az épület átadásakor december 10-én. Ott alapkutatást végeznek, rendkívül érzékeny mérésekkel és kísérletekkel.

Mint a karácsony

A kutatóknak ez nem lesz egy korán érkező karácsonyi ajándék, hanem olyan, mintha egyszer az életükben ünnepelnék a karácsonyt: „Ezekhez a laboratóriumokhoz nagyon hosszú ideje vártunk,” mondja Emanuel Lörtscher, az IBM kutatója. „Egyedülállóak lesznek a világon.” Az IBM kutatói remélik, hogy magasabbra teszik a mércét a neves National Institute of Standards and Technology (NIST) által az USA-ban. Ez az intézet például az atomórájával koordinálja a világidőt.

Nemcsak a csendesség teszi egyedivé ezeket a viszonylag kicsi, körülbelül öt méter hosszú és hat méter széles helyiségeket. Szinte rezgésmentesek, és nem engednek be elektromágneses sugárzást például külső elektromos vezetékekből – a mobiltelefonálás ott bent nem lehetséges. A hőmérséklet stabilan tartott: nem változhat több mint 0,1 fok óránként. A kutatók – akik végül a laborban a legnagyobb zavarforrást jelentik – a kísérleteket egy mellékhelyiségből irányítják. Innen ki is kapcsolhatják a szellőzést a kísérleti helyiségben, és csak a mennyezeti hűtést használhatják, mert a szellőzés légzajjal jár. Ami az emberi fül számára szinte már nem hallható, az zavarhatja a rendkívül érzékeny kutatásokat atomok vagy elektronspin területén, és torzíthatja az eredményeket.

40 tonna lebeg

Ezek a laborok a új épület alagsorában találhatók: tapasztalatok szerint ott a legkisebb a rezgés. Rüschlikonban közvetlenül a földön állnak. A több millió frank értékű eszközök, mint például elektronnyaláb író vagy transzmissziós elektronmikroszkóp, betonblokkra vannak szerelve, amely több mint 40 tonnát nyom. Ez pedig nem közvetlenül a földön áll, hanem aktívan szabályozott levegőrugókon lebeg.

Kicsit több mint egy éve dolgoznak Rüschlikonban az építkezésen: az alapkövet 2009. június 2-án tették le. Az IBM építi, amely 60 millió frankba kerül. További 30 millió frankot az IBM és a Zürichi Műszaki Egyetem (ETH) fektet be a berendezésekbe. Az együttműködés az ETH-vel már a kezdetektől világos volt. Bérlik majd a kutatóközpontban: egy egész emeletet foglalnak el irodákkal és laborokkal, és közösen kutatnak egy 900 négyzetméteres tisztatérben az IBM-mel.

Eredetileg 2011 márciusára tervezték az átadást. Ez azonban már jóval korábban megtörténik: december 10-én, ahogy az IBM projektmenedzsere, Roger Schneider mondja: „Az elmúlt hetekben akár 140 kézműves dolgozott az építkezésen, ami sok tervezést és logisztikát igényelt.”

És sok rugalmasságot is. A rugalmasság kifejezés központi szerepet tölt be az egész projektben. „Egy ilyen tudományos kutatóhelyen folyamatosan átalakításokra van szükség, a szükségletek folyamatosan változnak,” mondja Schneider. Ezért már a tervezés során gondosan ügyeltek arra, hogy minden helyiség rugalmasan használható és átalakítható legyen. Hiszen a központban legalább a következő 25-30 évben kutatni fogunk. Így a két irodaszinten kis laborokat is kialakíthatnak.

Magasabb elvárások

A helyiségek egy emeletén még szabad hely van: az IBM az ETH és az Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) mellett további partnereket keres. A vállalat szerint a médiában Christopher P. Sciacca szóvivő szerint egyetemekre és más magánvállalatokra gondolnak.

A rugalmasság, de a legmagasabb elvárások is jellemzik az egész projektet a kivitelezőkre is – mondja Mike Critchley, a Beta Projekt Management AG Zürichből. „Az elvárások, amelyeket a kutatóközpont támaszt velünk szemben, magasabbak, mint egy kórház építésénél,” mondja. Ezt egy példával szemlélteti: „Az építkezés előtt le kellett bontanunk egy épületet. Ez azonban rezgésmentesen kellett történjen.” Mert: a laboratóriumokban a kutatók folyamatosan dolgoznak. „Túl nagy kockázat lett volna egy hosszú távú kísérlet tönkretétele,” mondja Critchley. Ezért nem kalapálták be a pilléreket, hanem fúrták őket. Emellett a 900 négyzetméteres tisztatér ellátása a földszinten rendkívül összetett: vezetékeket kellett lefektetni az eszközök ellátására elektromos árammal, folyadékokkal, hűtővízzel, sűrített levegővel és magas tisztaságú vízzel.

Teljes üzemmód három év múlva

A tisztatérben ezentúl mikro- és nanostruktúrákat gyártanak különböző szilárdtestanyagokon. Ahhoz, hogy ilyen apró struktúrákat hibátlanul lehessen gyártani, a levegőt extrém módon szűrni kell, hogy ne kerüljenek a komponensekre zavaró részecskék. A hőmérsékletet és a páratartalmat szintén pontosan ellenőrizni és szabályozni kell.

Amíg a tisztatér teljes körűen működik és minden folyamat összehangolt, még három évbe fog telni a kivitelezés befejezése után – mondja Roland Germann, a Nanocenter Operations menedzsere. „Az első évben a 30 millió frankból körülbelül a felét a berendezésekre fordítjuk. A következő években pedig évi 7,5 millió frankot.”

Hő visszanyerése a földbe

Az épület a Minergie szabvány szerint épül, és energiatárolóval lesz ellátva. Négy kilométer földalatti szonda van lefektetve a mélygarázs alatt. Különlegessége, hogy nyáron az IBM a technikai berendezésekben keletkező hőt – például a két hatalmas szellőzőgépből a Noisefree-labok és a tisztatér számára – a talajba vezeti. Ezt az energiát a hűvösebb időszakokban visszanyeri a földből. „Körülbelül 70 százalékát a hővisszanyerésnek így tudjuk hasznosítani,” mondja Schneider projektmenedzser.

Kép: Így fog kinézni a jövőben az épület: IBM nanotechnológiai kutatólaboratóriuma (IBM)
Szerző: Thomas Zemp

A nanotechnológiától innovációkat várnak különböző területeken. Már ma ismert például a karcálló autófesték vagy az ön tisztuló textíliák. A szakértők szerint azonban még nagyobb lehetőségek rejlenek a nanoelektronikában, érzékelőkben, orvoslásban, valamint az energia- és környezetvédelmi technológiákban.

A nanotechnológia alatt a kutatók azokat a technikákat értik, amelyek anyagokat és rendszereket alkotnak, struktúrájuk mérete 1 és 100 nanométer között van. Ez körülbelül 400-szor vékonyabb, mint egy emberi hajszál. Egy nanométer egy millióad milliméternek felel meg.

A kutatási fókuszok az IBM és az ETH Zürich új központjában a alapkutatástól a gyakorlati alkalmazásokig terjednek. A közös területek közé tartozik a szénalapú anyagok, nanószálak, nano-fotonika és spintronika.